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Könnte diese Maschine den 3D-Druck in die großen Ligen der Fertigung drängen?
Der Erfinder eines neuartigen 3-D-Druckers sagt, seine Forschungsgruppe werde innerhalb von zwei Jahren eine riesige Maschine bauen, die in der Lage sei, Kunststoffteile zu wettbewerbsfähigen Preisen in Massenproduktion herzustellen.
Eine größere Version dieser Hochgeschwindigkeits-Sintermaschine ist jetzt in Arbeit.
Kunststoffteile nach digitaler Anleitung Schicht für Schicht herzustellen, ist im Vergleich zu herkömmlichen Methoden ein sehr langsamer Prozess. Aus diesem Grund war die additive Fertigung – oder besser bekannt als 3D-Druck – bisher nur für die Herstellung kleiner Stückzahlen von Nischenprodukten wie Zahnimplantaten und Hörgeräteschalen wirtschaftlich. Die neue Technik könnte die Anzahl der Teile, die auf diese Weise wirtschaftlich hergestellt werden können, von Tausenden auf Millionen auf einmal erhöhen, zumindest bei kleinen, komplizierten Objekten.
Im Vergleich zu herkömmlichen Technologien wie dem Spritzgießen könnte die additive Fertigung den Materialverbrauch erheblich reduzieren und die kostspieligen Werkzeugmaschinen beseitigen, die zur Herstellung bestimmter komplizierter Formen erforderlich sind. Es macht es auch praktischer, einzigartige Architekturen für Teile zu entwerfen, die beispielsweise dazu beitragen könnten, Autos und Flugzeuge leichter und treibstoffeffizienter zu machen (siehe 10 Breakthrough Technologies 2013: Additive Manufacturing ).
Neil Hopkinson , Professor für Maschinenbau an der University of Sheffield im Vereinigten Königreich, entwickelt seit über einem Jahrzehnt das neue Verfahren namens High-Speed Sintering.
Lasersintermaschinen bauen Objekte, indem sie einen Einzelpunktlaser verwenden, um dünne Schichten aus pulverförmigem Polymer eine nach der anderen zu schmelzen und zu verschmelzen. Hopkinson ersetzte das teure und langsame Lasersystem durch eine Infrarotlampe und einen Tintenstrahldruckkopf. Der Druckkopf liefert schnell und präzise Muster aus strahlungsabsorbierendem Material auf das Pulverbett. Wird das Pulver anschließend Infrarotlicht ausgesetzt, schmilzt und verschmilzt das Pulver zu Mustern, und die Maschine erzeugt dünne Schichten, eine nach der anderen – ähnlich wie beim Lasersintern, aber viel schneller.
Hopkinsons Gruppe hat bereits gezeigt, dass die Methode in einem relativ kleinen Maßstab funktioniert. Sie haben auch berechnet, dass bei einer ausreichend großen Baufläche das Hochgeschwindigkeitssintern in der Größenordnung von 100-mal schneller ist als das Lasersintern bestimmter Arten von Teilen und dass es mit dem Spritzgießen bei der Herstellung von Millionen kleiner, komplexe Teile auf einmal, sagt Hopkinson. Jetzt wird die Gruppe die Maschine tatsächlich bauen, mit Mitteln der britischen Regierung und einiger Industriepartner.
Hochgeschwindigkeitssintern hat das Potenzial, sehr schnell zu sein, und der Prozess könnte in bestimmten Fällen viel billiger sein als Lasersintern, sagt er Phil Reeves , Vice President of Strategic Consulting bei Stratasys, einem führenden Hersteller vieler Arten von Maschinen und Materialien für die additive Fertigung. Es ist jedoch noch viel Arbeit erforderlich, um Materialien zu entwickeln, die mit dem Verfahren arbeiten können, wenn das Ziel darin besteht, mit dem Spritzguss zu konkurrieren, sagt er. Gemessen an dem, was Hopkinson öffentlich gemacht hat, ist die Palette der Polymere, die mit Hochgeschwindigkeitssintern arbeiten, im Vergleich zum Spritzgießen begrenzt, sagt Reeves, und viele industrielle Polymere sind möglicherweise nicht mit dem Verfahren kompatibel, da es auf der Kombination des Pulvers beruht mit einem zusätzlichen, lichtabsorbierenden Material.
Eine weitere potenzielle Herausforderung für die Kommerzialisierung der Hopkinson-Technologie besteht laut Reeves darin, dass Hewlett-Packard eine sehr ähnliche Technologie entwickelt. Obwohl nur wenige Details über das System von HP bekannt sind, genannt Multi-Jet-Fusion , ist es klar, dass es auch einen Tintenstrahldruckkopf verwendet, der sowohl ein strahlungsabsorbierendes Material als auch ein anderes Material liefern kann, das es als Detaillierungsmittel bezeichnet.
Für das, was es wert ist, ist das Hochgeschwindigkeitssintern von Hopkinson patentiert, und das geistige Eigentum ist Eigentum von Hopkinsons früherer Institution, der Loughborough University, die die Technologie an mehrere Einrichtungen lizenziert hat, darunter das deutsche 3-D-Druckunternehmen Voxeljet . Hopkinson sagt, dass die Maschine, die seine Gruppe jetzt baut, in der Lage sein wird, zusätzliche Materialien zu liefern, wie zum Beispiel leitfähige Tinten, die zum Drucken elektronischer Geräte verwendet werden, was eine große technische Herausforderung für die additive Fertigung bleibt. Ich glaube nicht, dass HP das plant, sagt er.