Lineartechnik unterstützt präzisen 3-D-Druck

Lineartechnik unterstützt präzisen 3-D-Druck
Marginale Spalte
So funktioniert der 3-D-Druck

So funktioniert der 3-D-Druck

Über kartesische Achsen fährt ein Druckkopf genau definierte Bahnen über einen mit Sand oder Kunststoffpartikeln gefüllten Kasten ab. Dabei sprüht er aus mehr als 10.000 Düsen ein anorganisches Bindemittel in genau definierten Konturen auf das lose Material. Dann senkt sich der Boden des Sandkastens um 100 bis 300 Mikrometer ab und eine neu aufgetragene Schicht Sand füllt den Kasten. Entlang der Bindemittelkonturen verkleben sich die Partikel, an allen anderen Stellen bleibt es loser Sand. Dieser Vorgang wiederholt sich immer wieder, bis das Bauteil fertig ist.

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März 2016

 

Dank langlebiger Lineartechnik von Rexroth erfüllen die 3-D-Drucker von voxeljet höchste Genauigkeitsanforderungen.

Der 3-D-Druck verändert die Produktionswelt. In der Automobilindustrie, bei der Herstellung von Designermöbeln und Architekturanwendungen oder Sandkernen für Gießereien ist er längst keine Zukunftsmusik mehr. „Mit diesem additiven Verfahren stellen unsere Maschinen aus Sand und Kunststoffen vollautomatisch auch komplexe Geometrien mit Hinterschneidungen hochpräzise her“, sagt Bastian Heymel, Manager Systems Design bei der voxeljet AG im bayerischen Friedberg. „Wir arbeiten zwar werkzeuglos, aber bei allen Komponenten unserer Maschinen orientieren wir uns, was Langlebigkeit und Genauigkeit betrifft, am Werkzeugmaschinen-Niveau. Das gilt besonders für die Lineartechnik.“ Die voxeljet AG wurde 1999 als Start-up im Umfeld der TU München gegründet. Heute verfügt das Unternehmen über eine komplette Bandbreite von 3-D-Druckern in verschiedensten Größen.

Als leistungsfähige Maschine für den universellen Einsatz hat ­voxeljet die VX1000 konzipiert. Mit ihr stellen Anwender Sandkerne für den Leichtmetallguss, Automobilteile oder Einzelobjekte für die Architektur her. In der Y-Achse verfährt eine Gantry-Achse den Druckkopf der VX1000 mit zwei Rexroth Linearmodulen mit Zahnriemenantrieb. Sie ermöglichen Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu fünf Metern pro Sekunde und verkürzen so die Nebenzeiten zwischen dem Druck der einzelnen Schichten. In der X-Achse positioniert ein weiteres Linearmodul mit Kugelgewindetrieb den Druckkopf mit einer Wiederholgenauigkeit von 0,005 Millimetern. Es führt den 20 Kilogramm schweren Druckkopf auf zwei Tischteilen präzise und gleichförmig, wichtige Voraussetzungen für die hohe Genauigkeit des 3-D-Drucks. „Bei der VX1000 erreicht die Druckauflösung 600 dpi, umgerechnet 42 Mikrometer, das erfordert eine Positioniergenauigkeit des Druckkopfes kleiner als fünf Mikrometer“, gibt Heymel einen Überblick über die Präzisionsbereiche, in denen sich die Maschinen von voxeljet bewegen. Eine weitere Gantry-Achse mit Linearmodulen bewegt den Sandkastenträger in der Y-Richtung.

Gut geschützt gegen Sand und Partikel

„Eine entscheidende Anforderung ist die Beständigkeit gegenüber Sand, anderen Partikeln und bei einigen Prozessen Lösemitteln“, erklärt Heymel. Besonders wichtig für voxeljet ist daher das Abdeckband, das das Linearmodul auf der Tischteilseite nach außen abschließt. Zusätzlich schützen seitliche Dichtungen und die stirnseitige Abdeckung die Linearmodule. Dadurch sind sie so gekapselt, dass nichts eindringt und sie trotz der widrigen Umgebungsbedingungen eine lange Lebensdauer erreichen. Je nach Baugröße besteht das Abdeckband aus einem PU-Hochleistungskunststoff oder einem Edelstahlabdeckband. Durch die Hochpräzisionskugelwagen BSHP, die seit 2014 in den Linearsystemen eingebaut sind, steigt deren Lebensdauer zusätzlich.

In der Z-Achse für den Sandkastenboden setzt voxeljet Rexroth-Rollenschienenführungen ein. „Am Prozessbeginn ist keine Last auf der Achse, aber zum Schluss ist der Sandkasten bei der VX1000 mit rund 400 Kilogramm Sand und Bindemittel gefüllt“, rechnet Heymel vor. Bei den extrem kleinen Bewegungen von weniger als 350 Mikrometern pro Zyklus und der hohen Last erfüllen nur spielfreie Rollenschienenführungen die Anforderungen dauerhaft. Anders als die Linearmodule ist die Rollenschienenführung nicht vollständig gekapselt. Trotzdem erreichen sie durch das Rexroth-Dichtungskonzept eine hohe Lebensdauer. „Wir setzen sie seit zwölf Jahren in unterschiedlichsten Applikationen ein und uns ist kein Ausfall an dieser Achse bekannt“, sagt Heymel. Am Ende des Prozesses wird der Sandkasten über Kugelrollen von Rexroth auf dem Maschinenboden herausgefahren und ein Wechselkasten eingeschleust.

Weltweit am Markt

Längst agiert voxeljet weltweit, 2014 gründete das Unternehmen eine Niederlassung in den USA. „Wir haben bereits Maschinen in die USA, nach Südamerika und Asien verkauft“, berichtet Heymel. „Gerade weil die Maschinen bei den Kunden ununterbrochen im Einsatz sind, ist es für uns wichtig, dass Bosch Rexroth weltweit präsent ist und im Servicefall sehr schnell Ersatzteile liefern kann.“