Als Fräser wird ein Einschneidenfräser verwendet. Dieser weist eine große Spannut auf, welche für einen guten Spantransport und somit eine gute Wärmeabfuhr sorgt. Um möglichst große Frästiefen zu erreichen, wird ein Fräser mit einem Durchmesser von 3 mm verwendet. Dieser besitzt im Gegensatz zur Ausgangsbasis eine Schneidenlänge von 22 mm statt 10 mm. Ein Kühlmedium kommt nicht zum Einsatz. Dieses könnte das Bauteil oder die Druckplatte zu stark abkühlen und somit die Haftung des Bauteils auf dem Druckbett gefährden.

Das Druckbett des AddPro-KMU-Druckers wurde komplett neu gestaltet und leistungsfähiger gemacht. Als letzter Schritt wurde heute noch eine neue BuildTak-Beschichtung zur besseren Haftung der Bauteile aufgebracht.

Herr Robert Conrad hat im Rahmen seines Studiums „Technikjournalismus / Technik-PR“ einen Artikel über unser Projekt AddPro-KMU geschrieben:

Modulares 3D-Druck-Konzept

3D-Druck ist als Fertigungsverfahren in der Industrie und der Wissenschaft angekommen. Der Nürnberger Professor Michael Koch forscht seit nunmehr drei Jahren intensiv an der Technik und auch Privatpersonen finden Gefallen an der neuen Möglichkeit, Objekte herzustellen. Während sich die Anwendungsfälle in den eigen vier Wänden meistens auf Spielereien wie das Drucken von Figürchen oder von kleinen Ersatzteilen für kaputt gegangene Haustechnik beschränkt, liegt die Motivation für das Fertigungsverfahren in der Industrie an anderer Stelle: Die Produktion in Kleinserien.

3D-Drucker für den Heimbetrieb sind ihren Aufgaben zwar durchaus gewachsen, aber gerade im direkten Vergleich mit ihren teuren Industrie-Kollegen sind sie zumeist etwas wackelig, ungenau und langsam. Schon das Preisschild beider Drucker-Kategorien lässt den Qualitätsunterschied erahnen. Kosten 3D-Drucker für den Hausgebrauch bis circa dreitausend Euro, so liegt der Einstiegspreis für die Profi-Variante selten unter fünfzigtausend Euro. Geräte dazwischen gibt es nur wenige.

Dies birgt ein immenses Investitionsproblem für kleine und mittelständische Firmen. Einerseits können sie die neue Technologie gut gebrauchen, um beispielswiese Prototypen oder Kleinserien schneller zu fertigen. Andererseits sind die Profigeräte eine finanzielle Herausforderung, die sich in den meisten Fällen aufgrund geringer Stückzahlen nicht rentiert. Die Einsteigermodelle sind wiederum nicht den industriellen Ansprüchen gewachsen, denn sie können nur mit wenigen, meist nicht industrietauglichen Materialien drucken. In dieser Zwickmühle befinden sich hunderte von Betrieben.

Ein Industriegerät zum kleinen Preis

Um das Problem zu lösen, arbeitet Koch seit drei Jahren an einem neuen 3D-Druck Konzept. Gefördert von dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung entwickelt er gemeinsam mit einem dreiköpfigen Team in einem Transferprojekt einen modular erweiterbaren 3D-Drucker. Zur Seite stehen ihm und dem Team zudem mehrere kleine und mittelständische Industriepartner aus der Metropolregion. Die zugrunde liegende Idee ist dabei schnell erklärt. „Wir wollen mit möglichst wenig, möglichst viel rausholen“, sagt Koch.

So werden zwar keine teuren Steuerungs-Einheiten verwendet, dennoch wird auf besonders hochwertige Mechanik und Elektronik zurückgegriffen. Ein Beispiel hierfür ist der Einsatz von präzise arbeitenden Schrittmotoren, statt wie sonst üblichen Servomotoren. Das Grundgerüst, auch als Grundvariante bezeichnet, besteht aus Antriebseinheiten für alle drei Achsen, einer Bedieneinheit, sowie einem Druckkopf. Mit dieser Ausstattung kann bereits präzise gedruckt werden und das bei einem Kostenpunkt von dreitausend Euro.

Das Besondere an dem Konzept: Die modulare Erweiterbarkeit. Bei Bedarf kann der Anwender das System um zusätzliche Betriebseinheiten erweitern. So können beispielsweise automatische Greifzangen, eine Werkzeugwechseleinheit und weitere Druckköpfe nachgerüstet werden. „Voll ausgestattet kostet unser 3D-Drucker circa zehntausend Euro“, sagt Projektmitarbeiter Frank Prechtel. Für die Industriepartner ist hier vor allem auch der Open-Source-Ansatz für Hard- und Software interessant.

Zugeschnitten auf individuelle Bedürfnisse

So können die Anwender den Drucker besser in ihre Arbeitsprozesse integrieren und auf ihre Bedürfnisse anpassen. „Ziel ist es, kleine und mittelständische Unternehmen zu befähigen, sich in die Welt des 3D-Drucks vorzutasten, ohne gleich hunderttausend Euro in eine Maschine zu investieren, die sich am Ende nicht lohnt“, sagt Koch. Um den neuen Drucker erfolgreich in das eigene Unternehmen zu integrieren ist lediglich ein wenig vorhandene Infrastruktur und Knowhow Voraussetzung.

Denn der Drucker ist keine Out-of-the-Box-Lösung. Die einzelnen Module müssen durchaus von Fachleuten montiert werden. Steht der Drucker dann, können sich die Anwender über neueste 3D-Druck Technik freuen. Ist beispielsweise das Modul mit den automatischen Greifern verbaut, so kann der Drucker fortan metallische Einlagen, metal inserts, schon während des Druckvorgangs in das Bauteil einlegen. Außerdem kann der Drucker autark von jedem Servicenetz betrieben werden, da die Fachleute vor Ort die notwendigen Reparaturen und Instandhaltungsarbeiten selbst durchführen können.

Drei Industriepartner haben sich bereits für einen Eigenbau des modularen 3D-Druckers entschieden. Auf der Agenda von Koch stehen indes noch zwei große Ziele, die die bereits investierten Kunden, sowie alle zukünftigen, freuen dürfte: Die Verbindung von 3D-Druck mit der zerspanenden Fertigungstechnik Fräsen in drei, sowie in fünf Achsen und das Drucken der Materialien in fünf Achsen. Hierbei würde sich dann der Drucktisch ebenfalls bewegen können und nicht nur der Druckkopf. Galt früher noch: „Entweder Drucken oder Fräsen, wird dies dann im Wechsel möglich sein“, sagt Koch.

Wissenschaft in Anwendung

Aber dies wird nicht das einzige Alleinstellungsmerkmal sein, dass den Drucker aus dem Nürnberger Labor von teuren Industriedruckern abhebt. Koch plant nämlich auch auf dem Gebiet der Werkstoffwissenschaften einen Fortschritt zu erreichen und sagt: „Keramik wurde in der 3D-Druck-Technik bisher etwas stiefmütterlich behandelt.“ Das hängt damit zusammen, dass aus Keramik gedruckte Materialien oft mit Aceton nachbehandelt werden müssen, um einen Füllstoff herauszulösen. „Bei dem anschließenden Sinterprozess schrumpft das Bauteil allerdings um bis zu 30 Prozent“, sagt Koch.

Auf den Werkstoff will er dennoch nicht verzichten, und stattdessen die Drucker auf den vorhersehbaren Volumenverlust anpassen. Aber auch abgesehen von der Werkstofftechnik steckt der 3D-Drucker voller Wissenschaft verschiedenster Disziplinen. Projektmitarbeiter Prechtel beschreibt den Maschinenbauanteil so: „Es muss dafür gesorgt werden, dass sich die Spitze des Druckkopfs in jede Richtung bewegen kann. Wie das mechanisch umgesetzt werden kann, dafür gibt es mehrere Konzepte. Wir haben uns für das Kartesische entschieden.“

Für den Antrieb der Führungen und Spindeln sorgt die elektrotechnische Steuerung. Die erhält ihre Informationen wiederum von der Software. Deren Anteil ist nicht zu vernachlässigen. Schließlich muss das Objekt, das sich der Konstrukteur am PC überlegt hat, vom Drucker auch gedruckt werden können. Die Software ist hier der Vermittler. Sie zerlegt das komplexe 3D-Modell in Maschinensprache und übermittelt die Informationen. Auch die Mathematik ist hierbei von großer Bedeutung.

Bei Zahnärzten und Hörgerätetechnikern kommt 3D-Druck bereits zum Einsatz. So können beispielsweise Zahnreihen oder Ohrmuscheln 3D-gescannt werden, um passgenaue Schienen oder Hörgeräte herzustellen. Im Prothesenbau wird dagegen noch etwas Zeit vergehen, bis das Scan-Druck-Schema eingesetzt wird. Denn es ist sehr viel Knowhow für das Erstellen einer Prothese notwendig. „Hier geht es geht nämlich nicht nur um genaue Passformen, sondern viel mehr um die richtigen Auflagepunkte der Prothesen auf dem Stumpf“, sagt Koch und fügt hinzu: „Bis das funktioniert muss vielleicht noch einiges im Bereich der künstlichen Intelligenz passieren.“ Der reine 3D-Druck der korrekt geplanten Prothese ist dagegen durchaus möglich und wird auch praktiziert.

Robert Conrad
im Januar 2021

Ende Juli wurden mit unserem 3D-Drucker verschiedene Kunstobjekte für das Leonardo-Projekt „Visualizing Monsters“ gedruckt. Hier konnte sich unsere Anlage wieder erfolgreich beweisen!

https://leonardo-zentrum.de/visualizing-monsters-workshop/

Am 22.01.2020 waren 12 Schüler aus dem Helene-Lange-Gymnasium Fürth zu Besuch bei AddPro-KMU. Es wurde gedruckt und über 3D-Drucker gefachsimpelt.

Am 17.01.2020 waren 15 Schüler aus dem Wolfgang Borchert Gymnasium Langenzenn zu Besuch bei AddPro-KMU und informierten sich über 3-Druck im Allgemeinen und den AddPro-KMU-Drucker im Speziellen.

Am 11.12.2019 waren 20 Schüler aus dem Geschwister-Scholl-Gymnasium Röthenbach zu Besuch bei AddPro-KMU und informierten sich über 3-Druck im Allgemeinen und den AddPro-KMU-Drucker im Speziellen.