13 September 2019

Abkantwerkzeuge zur Biegung von 3D gedrückten Teilen


Immer häufiger befinden sich die Werkstätten in einer schwierigen Lage, in der sich komplizierte und widersprüchliche Faktoren kombinieren:

 

  • Teile schwieriger Form: häufig weisen heutzutage die Produkte spezielle Schubladen auf, um Gewichte, Schweißpunkte und weitere Bearbeitungen einzuschränken
  • Extrem limitierte Lose: die Fertigung ist immer kundenspezifischer, und basiert auf eine Logik des 0-Lagers
  • Lieferung: sehr kurze Lieferzeiten sind erforderlich. Dies entspricht einerseits den Philosophien der Produktionsoptimierung, ist aber andererseits ein Symptom für schlechte Planung. Dennoch haben diejenigen, die eine schnelle Lieferung garantieren, oft einen großen Wettbewerbsvorteil.
  • Reduzierte Margen: das Biegeverfahren ist noch für einen Prozess kleiner Wertschöpfung angehalten, so dass der Preis, den wir dem Kunden berechnen können, bis auf das Minimum reduziert ist.
  • Ästhetik: bei Produkten wie Möbeln und Designobjekten muss die Oberfläche perfekt sein. Biegespuren und Kratzer müssen mit langwieriger Nachbearbeitung entfernt werden.
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Wie können wir uns bei Sonderprofilen auf all diese Faktoren einigen? Eine Lösung kommt aus dem 3D-Druck, einem innovativen Verfahren, das bereits viele Industriezweige revolutioniert. Der 3D-Druck ist in der Lage, komplex geformte Objekte in kurzer Zeit und mit extrem niedrigen Kosten zu produzieren.

 

In diesem Artikel werden wir uns auf die drei Hauptmethoden zum Bedrucken von Kunststoffen beziehen: Fused Filament Fabrication (FFF), Stereolitographie-Apparatur (SLA) und Digitale Lichtverarbeitung (DLP).

 

Der erste Prozess beginnt mit einem Kunststofffaden, der in einem auf einem motorisierten Schlitten montierten Extruder erhitzt wird. Der Extruder legt die Kunststoffschmelze in überlappenden Schichten ab, bis das fertige Objekt entsteht.

DLP und SLA basieren auf einem Flüssigharz, das unter Lichteinwirkung aushärtet. Der erste projiziert einen Laserstrahl, der das Harz Punkt für Punkt polymerisiert, während der zweite eine Sorte Projektor verwendet, um eine komplette Schicht in einem einzigen Durchgang zu verfestigen. Während der FFF sowohl im Hobby- als auch im Profibereich weit verbreitet ist, sind DLP und SLA typischerweise für hochpräzise Anwendungen wie z.B. in der Schmuck- und Dentaltechnik vorgesehen.

Was die Filamente betrifft, so sind verschiedene Arten von Materialien für jeden Bedarf verfügbar. Die wichtigsten sind die folgenden:

 

  • PLA: PLA: ein aus Stärke gewonnenes Biokunststoffmaterial. Es ist leicht zu bedrucken, ungiftig, hat gute mechanische Eigenschaften, verformt sich aber bei Hitze und ist nicht gut gegen Witterungseinflüsse beständig.
  • ABS: wird aus Erdöl gewonnen und wird häufig für das Extrusionsverfahren verwendet. Hervorragende mechanische Eigenschaften, aber schwierig zu bedrucken. Sie erzeugt beim Drucken geringe Mengen unangenehmer Dämpfe.
  • PET/PET-G: das Material, das für Wasserflaschen verwendet wird, eventuell mit Glykol (G) zur Verbesserung der Bedruckbarkeit. Gute mechanische und ästhetische Eigenschaften, beständig gegen Witterungseinflüsse, aber der Druck erfordert besondere Aufmerksamkeit, um ein gutes Ergebnis zu erzielen.
  • Nylon: ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, höhere Kosten als andere Materialien, absorbiert Feuchtigkeit, so dass es nicht für alle Anwendungen geeignet ist.
  • TPU: gummiartiger Faden, der für flexible oder elastische Gegenstände verwendet wird.
  • Policarbonato: sehr widerstandsfähig, flexibel und transparent, aber aufgrund der erforderlichen hohen Temperaturen sehr schwer zu bedrucken.
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Maurizio Pesce from Milan, Italia – 3D Printing Materials, CC BY 2.0, Link


 

Die Filamente sind in einer Vielzahl von Farben und Effekten erhältlich, wie z.B. transluzent, transparent, metallisch, phosphoreszierend. PLA ist auch mit der Einbeziehung von Holzfasern für einen MDF-ähnlichen Effekt oder mit Kohlefasern für eine höhere Festigkeit erhältlich.

 

Nun sehen wir, welche Vorteile der Einsatz von 3D bedruckten Biegewerkzeugen bringt.

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  • Beliebige Form: der 3D-Druck ermöglicht es, Objekte mit Formen zu erstellen, die mit subtraktiver Fertigung, wie z.B. Fräsen, nicht zu erreichen sind. Das Innenvolumen ist in der Regel nicht zu 100% gefüllt: durch die Verwendung von speziellen Mustern können wir das Stück aufhellen und dabei einen Widerstand beibehalten, der fast dem eines vollen Objekts entspricht. Dank dieser Wabe können wir die Kosten für das verwendete Material und die Produktionszeit reduzieren.
  • Reduzierte Kosten: die verwendeten Materialien haben einen relativ geringen Aufwand. Darüber hinaus ist der Druckprozess nach dem Anfahren vollautomatisch und erfordert keinen Bedienereingriff. Daher beschränken sich die Arbeitskosten fast ausschließlich auf die Konstruktion. Die Generierung der Gcode-Datei erfolgt durch spezielle CAMs, die Slicer genannt werden. Die 3D-Drucker haben einen sehr geringen Stromverbrauch, in der Größenordnung von einigen Dutzend W.
  • Kurze Zeit: ein Werkzeug kann in wenigen Stunden entworfen und gedruckt werden. Im Falle von Fehlern können wir das Design modifizieren und ein neues Stück mit extremer Leichtigkeit drucken.
  • Keine Biegemarkierung: da es sich um ein Kunststoffmaterial handelt, hinterlassen in 3D gedruckte Abkantwerkzeuge keine Kratzer auf dem Blech. Aus diesem Grund sind sie auch für Edelstahl, Aluminium und vorlackiert geeignet.
  • Anpassbar an vorhandene Werkzeuge: mit dem 3D-Druck können wir auch Komponenten herstellen, die zusammen mit traditionellen Metallstempeln oder Matrizen verwendet werden. So können wir beispielsweise Rundstäbe für Radiubiegungen herstellen, die an bereits in unserem Besitz befindlichen Stempeln oder Stempelhaltern befestigt werden können. Auf die gleiche Weise können wir kratzfeste Einsätze für Matrizen herstellen, statt der auf dem Markt erhältlichen Nyloneinsätze.
  • Korrosionsbeständig: Kunststoffwerkzeuge rosten nicht und werden von den meisten Ölen und Fetten nicht beschädigt.
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3d formwerkzeug zum biegen des blechs

Wie jede andere Technologie ist der 3D-Druck von Biegewerkzeugen kein Allheilmittel. Einige Einschränkungen beschränken die Nutzung auf bestimmte Anwendungen.

 

  • Größere Toleranzen: da es sich um einen warmgepressten Kunststoff handelt, ist die Materialschrumpfung nicht bei allen Geometrien konstant. Auch die unvermeidlichen Toleranzen in den Mischungen können ein variables Verhalten beim Druck erzeugen. Die Genauigkeit, die wir erreichen können, liegt jedoch in der Regel bei einem Zehntel Millimeter.
  • Geringere Tonnagen: die maximale Belastung für 3D-gedruckte Stempel und Matrizen beträgt ca. 10-20 Tonnen pro Meter, je nach Form der Werkzeuge und des verwendeten Materials. Es ist daher möglich, Bleche bis zu einer Dicke von 1-2 mm zu biegen. Dies ist daher kein so einschränkender Faktor, da sie hauptsächlich für dünne Teile verwendet werden.
  • Größerer Verschleiß: die Oberflächenbeständigkeit von Kunststoff ist offensichtlich geringer als die von Metall. Vorlackierte Edelstahl- und Aluminiumbleche haben jedoch in der Regel eine sehr glatte Oberfläche, was die Reibung reduziert. Darüber hinaus ist die geeignetste Anwendung von 3D-geformten Abkantwerkzeugen für kleine Serien: bei nicht intensiver und längerer Nutzung wird der Werkzeugverbrauch nicht relevant.

Komponenten, die im 3D-Druck hergestellt werden, finden in einem Unternehmen viele weitere Anwendungen. Wir können zum Beispiel Objekte wie:

 

  • Gegenschablonen, die an den hinteren Anschlagfingern einer Abkantpresse befestigt werden, um eine korrekte Unterstützung von Teilen mit unregelmäßigen Formen zu erhalten
  • spezifische Profilschablonen oder Durchlauflehren zur schnellen Überprüfung der Toleranzen von Biegeteilen
  • Grippers und Greifer für Roboter
  • Werkzeuge und Ausrüstungen für spezielle Anwendungen, bei denen die Anschaffung eines Ad-hoc-Werkzeugs wirtschaftlich nicht vorteilhaft wäre oder die Lieferzeiten zu lang sind.

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