Erst wird der Prototyp gedruckt – dann die Serie, in ein und demselben 3D-Drucker, rund um die Uhr und hoch automatisiert. Dieses Konzept hat das Start-up-Unternehmen Printinue realisiert. Die vertikale Verstellung und Positionierung der Druckköpfe übernehmen wartungsfreie Linearachsen.

Es hat länger gedauert als erwartet. Aber inzwischen haben sich die additiven Fertigungsverfahren – bekannt als 3D-Druck – in der Industrie etabliert. Das gilt nicht nur für den Prototypenbau und andere Unikate der Vorserienproduktion, sondern auch für die Fertigung kleiner bis mittlerer Serien. Unternehmen, die beide Aufgaben, das heißt Prototypen- und Serienfertigung im 3D-Druck abbilden möchten, müssen verschiedene Druckerbauarten einsetzen. Und sie müssen damit umgehen können, dass diese Fertigungstechnologie eher langsam arbeitet und der Automationsgrad gering ist.

Ziel: Prototoypen- und Serienproduktion mit einem 3D-Drucker 

Oder aber sie setzen einen Drucker von Printinue ein. Das junge, in Solingen ansässige Unternehmen wurde mit dem Ziel gegründet, den 3D-Druck für kleine und mittlere Unternehmen attraktiver zu machen und ihnen einen Drucker anbieten zu können, der im FDM-Verfahren (Fused Deposition Modelling) zuerst den oder die Prototypen druckt und dann folgend im 24/7-Modus die Serienproduktion von bis zu 10.000 Exemplaren übernehmen kann. Einen solchen Drucker in drei Baugrößen hat Max Borhof, Gründer von Printinue, entwickelt: „Wir kommen mit der Produktion kaum nach.“ Ein Grund für die hohe Nachfrage ist, dass die Anlage sehr einfach zu bedienen ist. Sie kali­briert sich selbst und fertigt Serienteile mit hoher Effizienz und entsprechend günstigen Kosten. Dabei kann der Anwender den Druckfortschritt „remote“ per Kamera überwachen.

Vom Fertigungsdienstleister zum 3D-Drucker-Hersteller

Auch wenn das Unternehmen Printinue noch jung ist, sind doch umfassende Erfahrungen in die Entwicklung des Druckers eingeflossen. Max Borhof hat bereits 2010 seinen ersten 3D-Drucker gebaut, weil er mit den vorhandenen Anlagen, die er als Dienstleister für additive Fertigungsverfahren einsetzte, unzufrieden war. Diese erste Anlage hat er beständig weiterentwickelt – und entschloss sich zum Sprung vom 3D-Druck-Dienstleister zum Druckerhersteller. Dass sein Eigenbau wettbewerbsfähig war, wusste er zu diesem Zeitpunkt schon: „Einige Kunden waren von der Qualität ihrer gedruckten Bauteile beeindruckt. Sie fragten, welche Drucker ich einsetze, und waren sehr überrascht, als ich antwortete: meine eigenen.“

Qualitätsmerkmal: schmierfreie Antriebe 

Als wichtiges Qualitätsmerkmal hatte Max Borhof frühzeitig einen schmiermittelfreien Arbeitsraum des Druckers identifiziert: „Das ist aus meiner Sicht zwingend erforderlich.“ Denn es gebe Drucker, so Borhof, in denen immer ein leichter Ölfilm bemerkbar ist. Dieser Film verringere die Haftung des Bauteils auf dem Druckbett und könne damit die Präzision des Druckprozesses – die Printinue-Anlagen arbeiten auf 1/100 Millimeter genau – beeinträchtigen. Allein aus diesem Grund lag es nahe, Linearantriebe von Igus einzusetzen, bei denen der Schmierstoff fest in den Hochleistungskunststoff „eingebaut“ ist. Auch werden die Anforderungen nach hoher Präzision, guter Regelbarkeit und günstigen Kosten erfüllt.

Vier Spindeleinheiten im Synchronbetrieb

Deshalb verfährt das Raumportal mit dem Druckkopf beziehungsweise den Druckköpfen in der z-Achse, das heißt, in der Vertikalen, über vier Dryspin-Steilgewindeeinheiten mit vorgespannter Gewindemutter. Eine parallel montierte Drylin-Aluminiumwelle sorgt jeweils für die Führung der Linearachse. Die Gewindespindeln sind direkt in Drylin-E-Spindelschrittmotoren gelagert, die unter dem Druckbett installiert und von dort aus angetrieben sind. Die Synchronisierung der vier Antriebe erfolgt über die Steuerung. Am oberen Festpunkt fixieren sphärische Drylin-Flanschlager mit Iglidur-J-Lineargleitfolien die Spindel.

Ruhiger Lauf, präzise Positionierung, wartungsfreier Betrieb

Bei den Drylin-Spindelmotorsystemen verfahren die Dryspin-Gewindemuttern aus Hochleistungskunststoff mit inkorporiertem Schmierstoff auf Gewindespindeln aus Edelstahl. Dieses Konzept gewährleistet einen ruhigen Lauf und eine sehr gute Positioniergenauigkeit. Der Verzicht auf konventionellen Schmierstoff hat hier zwei Vorteile: Er verhindert, dass sich im Arbeitsraum Öl bildet, und der „eingebaute“ Schmierstoff kann auch nicht durch Filament­anteile verunreinigt und so in seiner Wirksamkeit beeinträchtigt werden. 

Dass die Printinue-Entwickler den Igus-Konstruktionsbaukasten intensiv nutzen, zeigt auch die Igus Corner in der Werkstatt: ein kompakter Aufsteller, bestückt mit Igus-Produkten zum Ausprobieren. Rund 1.500 solcher Aufsteller mit Musterbauteilen hat Igus allein in Deutschland schon ausgeliefert – einen davon an Printinue. Die Druckerentwickler im 3D-Startup Campus NRW im Solinger Gründerzentrum setzen sowohl die Igus-Produkte aus der Lager- und Lineartechnik ein als auch Energieketten aus der Serie E2. Befüllt sind die E-Ketten mit flexiblen Chainflex-Leitungen der Serie CF9 mit TPE-Mantel, die von Grund auf für den Einsatz in beweglichen Anwendungen entwickelt wurden. 

Wie wird 3D-Druck wettbewerbsfähig?

Das Konzept von Printinue – ein 3D-Drucker, der sich selbst kalibriert, einfach zu bedienen ist und nach den Prototypen auch gleich die Serienteile druckt – ist in der Industrie gefragt. Die aktuell verfügbaren Drucker in drei Baugrößen verarbeiten Kunststofffilamente und sind mit einem oder zwei Druckköpfen lieferbar. „Mit dem Doppelextruder kann der Drucker die Bauteile ‚spiegeln‘ und doppelt so schnell arbeiten oder aber zwei verschiedene Farben oder Filamenttypen drucken“, so Max Borhof. Die Möglichkeit der Serienproduktion mit derselben Technologie beantwortet auch gleich die häufig gestellte Frage, wie man den im 3D-Druck hergestellten und für gut befundenen Prototypen nun in Serie fertigt: mit demselben Gerät und derselben Druckdatei. Das Problem, wie die fertigen Teile den Druckraum verlassen, hat Printinue elegant gelöst: Dafür sorgt eine Kombination aus Abschiebevorrichtung und Förderband. 
Ebendeshalb kann der Drucker vollkommen autark und kontinuierlich arbeiten. Und aus diesem Grund ist er vielseitig einsetzbar. Zumal sich bei großen Stückzahlen mehrere Drucker vernetzen lassen – eine Option, die in der Praxis auch genutzt wird. 

In Planung: Mit Granulat statt Filament drucken 

Als begeisterte Konstrukteure entwickeln die Printinue-Ingenieure die Drucker kontinuierlich weiter. Demnächst wird es zum Beispiel einen zentralen Materialbunker mit Filamentspulen für mehrere Anlagen geben. Ebenfalls in der Entwicklung befindet sich eine Druckervariante, die Granulat statt Filament verarbeiten kann. Auch bei diesen Entwicklungsschritten wird Printinue schmiermittelfreie Komponenten aus dem Igus-Baukasten einsetzen. Zudem gibt es eine weitere Ebene der Zusammenarbeit. Zum Igus-Programm gehören Filamente aus Hochleistungskunststoff für den 3D-Druck mit inkorporiertem Schmierstoff. „Diese Filamente haben wir verarbeitet, als wir Antriebskomponenten für einen Kunden gedruckt haben“, so Max Borhof abschließend.