Freeform Injection Molding: Das Beste aus Additiver Fertigung und Spritzgießen
Die additive Fertigung ist zweifellos aus vielen Gründen eine aufregende Technologie. Einer dieser Gründe sind die Möglichkeiten, die sie eröffnet – vor allem, weil neuere Formen der Technologie noch nie dagewesene Geschwindigkeiten, drastisch gesenkte Kosten und bisher nicht gekannte Geometrien bieten. Bedeutet dies, dass die additive Fertigung traditionellere Produktionsformen wie das Spritzgießen ersetzen wird? Davon gehen viele Menschen aus, aber diese älteren Produktionsformen haben immer noch ihre Vorteile. Kombiniert man sie jedoch mit der additiven Fertigung, können diese Technologien wirklich glänzen.
“Man könnte es als Hybrid bezeichnen – ein Handschlag zwischen traditionellem 3D-Druck und klassischem Spritzguss”, sagt Sean Dsilva, Director of Business Development bei Nexa3D.
Sean bezieht sich dabei auf das Freeform Injection Molding (FIM), die vom dänischen Unternehmen Addifab entwickelte Plattform. Einfach ausgedrückt, beschleunigt FIM das Spritzgießen, indem die Formen, in die die Materialien eingespritzt werden, in 3D gedruckt werden. Warum dies tun, wenn die additive Fertigung an sich so schnell sein kann? Tatsache ist, dass das Spritzgießen eine sehr schnelle Technologie ist – und eine effektive, vor allem, wenn es um die Produktion großer Mengen geht. Außerdem ist das Spritzgießen mit viel mehr Materialien kompatibel, als derzeit im 3D-Druck hergestellt werden können.
Der zeitaufwändigste – und kostspieligste – Teil des Spritzgießens ist jedoch die Herstellung der Formen bzw. Werkzeuge. Unternehmen lagern diese Produktion häufig aus, was Wochen oder sogar Monate dauern kann. Durch den 3D-Druck der Formen wird diese Zeit auf Stunden reduziert.
Ein weiterer wichtiger Aspekt des Freiform-Spritzgießens ist die Tatsache, dass die Formen löslich sind – sie können aufgelöst werden, wodurch ein Formteil von bisher unerreichter Komplexität entsteht. Wie Addifab es ausdrückt, ermöglicht FIM eine “unsichtbare Designfreiheit” – Sie können alles entwerfen, was Sie wollen, und es wird erscheinen, wenn die Form im Wesentlichen wegschmilzt.
Die gedruckten Formen sind auch extrem gute Isolatoren; sie entziehen dem flüssigen Material, das eingespritzt wird, keine Wärme. Das bedeutet, dass man eine Spritzgießmaschine einschalten und innerhalb weniger Minuten mit der Arbeit beginnen kann, anstatt Parameter einzustellen und auf Temperaturanpassungen zu warten.
Kürzlich ist Addifab eine Partnerschaft mit Nexa3D eingegangen, die den Einsatz unserer industriellen NXE 400 3D-Druckplattform für den Druck von Spritzgießwerkzeugen vorsieht. Aufgrund der Größe und Geschwindigkeit der NXE 400 ist FIM nun um ein Vielfaches schneller und kann in wirklich industriellem Maßstab arbeiten.
“Was wir mit Nexa3D erreicht haben, ist eine dramatische Vergrößerung”, sagte Lasse Staal, Addifab Co-Founding CEO. “Das ist etwas, das unsere Möglichkeiten beim Freiform-Spritzgießen wirklich verändern wird.”
Das Freiform-Spritzgießen beginnt mit einer CAD-Datei des zu gießenden Teils. Das Design wird dann in eine Form umgewandelt, ein Prozess, der durch eine automatisierte Software, die Addifab als “Formgenerator” bezeichnet, weiter beschleunigt wird. Der Benutzer oder Kunde bewertet dann den Formentwurf und kann schnell Änderungen vornehmen und neue Versionen wiederholen, wenn die erste Version nicht zufriedenstellend ist. Wenn der Kunde zufrieden ist, wird die Form in 3D gedruckt und nachbearbeitet, gefolgt vom eigentlichen Spritzgießen.
Mit diesem Verfahren kann ein Entwurf innerhalb von 24 Stunden von der Datei zum fertigen Teil werden. Im Durchschnitt dauert der gesamte Iterationszyklus etwa ein bis drei Tage und kann Zehntausende von Dollar billiger sein, als wenn die Werkzeuge woanders bestellt werden müssten.
Addifab erklärt, dass sie nicht versuchen, das Spritzgießen zu übertreffen, sondern dass sie vielmehr versuchen, in Sachen Geschwindigkeit vergleichbar zu sein. Mit der NXE 400 wird dies Wirklichkeit. So kann Addifab beispielsweise eine kleine Formkavität auf einer seiner Maschinen in etwa zwei Minuten 3D-drucken. Der NXE 400 kann das gleiche Teil in 15 Sekunden drucken. Hinzu kommt die Größe der Baukammer des NXE 400, die nicht nur den Druck größerer Teile, sondern auch eines größeren Volumens an Teilen ermöglicht, so dass das FIM-Verfahren eine ganz erhebliche Skalierung erfährt.
Addifab verwendet bei Bedarf immer noch Metallwerkzeuge, aber mit der Kombination von Metallwerkzeugen und Freiform-Spritzguss hat das Unternehmen das Beste aus zwei Welten geschaffen. Das Unternehmen hat damit begonnen, komplexere Teile als zuvor herzustellen, wie zum Beispiel flexible Sprühkappen. Das Freiform-Spritzgießen ist nicht materialabhängig und kann eine Vielzahl von Materialien verarbeiten, um eine Vielzahl von Kundenanforderungen zu erfüllen.
Freeform Injection Molding powered by Nexa3D ist schnell, billig und umweltfreundlich – es bietet 15% der Kosten, 12% der Zeit und 75% weniger Kohlenstoffemissionen im Vergleich zu traditionellen Stahlwerkzeugen. Geschwindigkeit, Einsparungen und Nachhaltigkeit machen FIM schon zu einer attraktiven Technologie, aber wenn man dann noch die unbegrenzte Designfreiheit und die Einfachheit des Druck-Spritz-Auflösungs-Prozesses hinzunimmt, hat man etwas wirklich Aufregendes.
