Apium Highlights vom International PEEK Meeting, Washington, D.C.

Organisiert vom The Implant Research Center der Drexel Universität und Exponent, Inc., gesponsort von Invibio Biomaterial Solutions, fand das 3. International PEEK Meeting vom 27.-28. April 2017 in Washington, D.C. statt. Das Meeting vereinte Ingenieure, Wissenschaftler, Aufsichtsbehöreden und Klinikärzte. Über 40 Abstracts und Posterpräsentationen wurden vorgestellt, ebenso wie Vorträge mit dem Fokus auf medizinisch implantierbarem PEEK.

Apium; Marktführer im Schmelzschichtverfahren (FFF) für PEEK, war Teil des Meetings um seine Erfahrungen bezüglich des 3D-Druckens von PEEK und die verschiedenen Aspekte seiner Technologie zu teilen.

"Obwohl additive Fertigung im medizinischen Bereich noch in den Kinderschuhen steckt, denken wir dennoch, dass sie die Herstellung von Implantaten in Bezug auf Geschwindigkeit und Genauigkeit erleichtern kann."
Steve Kurtz, Ph.D., Implant Research Center, Drexel University (Philadelphia, PA, USA)

Das Meeting unterstrich klar die Vorteile, welche additive Fertigung für Medizinprodukte, besonders patientenspezifische Implantate, bereit hält. Additive Fertigung kann lebensrettende Lösungen für zeitkritische Operationen in der prä-operativen sowie der Eingriffsphasen liefern.

Weiterentwicklung im PEEK 3D-Druck

Mit ihrem Engagement für innovative Lösungen für industrielle Anwendungen stellt Apium seine neuen 3D-Drucker, die Apium M-Serie: entwickelt für medizinische Anwendungen, auf der Formnext 2017 vom 14.-17. November in Frankfurt vor. Die Apium M-Serie soll umfassende Möglichkeiten für die Medizinindustrie liefern um Leben zu retten.

Apiums 3D-Druck für Raumfahrtmissionen

In den letzten 6 Jahren wurden zielstrebige Anstrengungen in systemsicherheitskritischen Industrien vorgenommen um den 3D-Druck als Werkzeug für die Prototypenherstellung sowie Fertigung von hochgradig individualisierten Teilen zu implementieren. So war im November 2014 ein, für weltraumzwecke umgerüsteter, 3D-Drucker Teil der Ladung, welche zur Internationalen Raumstation ISS transportiert wurde.  Dieser experimentelle 3D-Drucker demonstrierte erstmals die Möglichkeit der Fertigung bei Schwerelosigkeit und das Potential einer Anlage außerhalb der Erde zur Herstellung von Teilen für die Weltraumforschung.

Obwohl Materialien eine entscheidende Rolle bei der Additiven Fertigung spielen, war das Angebot der 3D druckbaren Materialien unzureichend für High-End Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt. Weltraumtaugliche Materialien mussten deswegen 3D druckbar gemacht werden, um den Herausforderungen der Menschheit bei der Erkundung unseres Sonnensystems gerecht zu werden.

Mit der Einführung erschwinglicher, kosteneffizienten 3D-Drucker, die es ermöglichen Hochtemperatur-Polymere zu verarbeiten, wie es die Apium Additive Technologies GmbH bereits 2015 mit PEEK (Polyetheretherketon) gezeigt hat, erweiterten sich die Grenzen des von 3D-Drucktechnologien signifikant. Apiums Schmelzschichtverfahren bietet die Möglichkeit reine Polymere genauso wie Materialien auf Polymer-Matrix-Basis, gefüllt mit Metallen, Holz oder anderen Kunststoffen, zu verarbeiten. Apiums 3D-Drucker sind dafür entwickelt, den Materialbildungsprozess, welcher Teil von Thermoplasten ist, wie Kernbildung, Kristallisierung (für teilkristalline Polymere) und Wachstum der thermodynamisch beeinflussten Phasen, optimal zu beherrschen.

Diese fortschrittliche Fertigungsmöglichkeit gibt der Luft- und Raumfahrt Industrie das Vertrauen zur Verwendung der additiven Fertigung als Werkzeug zur Herstellung funktioneller Teile für den Einsatz in Maschinenbauanwendungen.

ESAs Arbeit mit additiv gefertigten PEEK Teilen hat seine Wurzeln bei Apiums 3D-Druck-Technologie

Apium ermöglichte ESA einen wertorientierten Einblick in die Verarbeitung von Hochtemperaturpolymeren unter Verwendung von 3D-Druck. Die Arbeit wird aktuell unter Leitung von ESAs Material- und Technologieexperte Dr. Ugo Lafont verfolgt. Dabei ist Apiums Schmelzschichtverfahren zum Drucken von PEEK Teilen ohne Zweifel der entscheidende Vorteil für die Weltraumforschung.

PEEK ist ein Spitzenreiter in der Welt industrieller Materialien.  Dr. Ugo Lafont verwendet PEEK aufgrund seiner “thermischen Stabilität und guter mechanischer Leistung”. Dr. Lafont und sein Team erprobten Apium PEEK 450 Natur zusammen mit einem leitenden PEEK, entwickelt von ESA, zur Herstellung von CubeSats; Orbit-gebundene Nanosatelliten. Diese Nanosatelliten wurden kostengünstig mit einem von Apiums HPP155 3D-Druckern hergestellt. Weiterhin verwenden sie seit 2015 Apiums Technologie zum 3D-Drucken von reinem und kohlenstofffaserverstärktem PEEK für mechanisch belastete Anwendungen.

Ein eindeutiger Beweis für die Industrietauglichkeit von Apiums Schmelzschichtverfahren, welches zusätzliche Wege für seine Verwendung in anderen sicherheitskritischen industriellen Anwendungen eröffnet.

Dunkle elektrische leitende Linien im CubeSat, sichtbar durch die weiße Deckschicht. Credit: ESA

Dunkle elektrische leitende Linien im CubeSat, sichtbar durch die weiße Deckschicht. Credit: ESA

Apium P155 3D-Drucker für Hochleistungsmaterialien

Apium P155 3D-Drucker für Hochleistungsmaterialien

Nächster Schritt: 3D-Druck im Weltall

Die Vorteile von Apiums 3D-Druck Schmelzschichtverfahren im Bereich der Weltraumerforschung verdrängen jede weitere 3D-Drucktechnologie. Dieser Wettbewerbsvorteil ist der generell einfachen Bedienbarkeit des Schmelzschichtverfahrens, im Vergleich zu anderen Verfahren, geschuldet. Die Möglichkeit, Nutzen aus den vor Ort befindlichen Materialien (bspw. auf dem Mond oder anderen Planeten) zu ziehen, welche in eine thermoplastische Bindematrix integriert werden macht das Schmelzschichtverfahren weltraumtauglich, ebenso wie die fehlende Notwendigkeit von unterstützenden Systemen (Gas oder Abfallhandhabung). Ein Fertigungsverfahren dieser Art schafft eine unbezahlbare Gelegenheit für die Fertigung im Weltall. Diese Aussicht ermöglicht Einsparungen für die Raumfahrtindustrie, wo die Transportkosten naturgemäß hoch sind; zwischen 4.000 USD und 19.431 USD pro Kilogramm.

Apium denkt vorrausschauend; unser Programm für den Luft- und Raumfahrtsektor ist weit entfernt von “Blue-Sky” Forschungen, aus diesem Grund laden wir die Behörden dazu ein mit uns an ihren Bedürfnissen zu arbeiten. Die Apium P-Serie für das Schmelzschichtverfahren erlaubt anwenderbezogene Spezifikationen. Die verwendeten Fortschrittliche Materialien werden dank dem speziellen Design der Drucker der Apium P-Serie mit unvergleichbarer Qualität verarbeitet; ein Novum für diese Technologie.

 

Danksagung:
Dr. Ugo Lafont of the ESTEC - European Space Agency (ESA)

Autoren:
Prof. Dr. Brando Okolo (brando.okolo@apiumtec.com)
Mr. Philipp Renner (philipp.renner@apiumtec.com)
Ms. Pinar Karakas (pinar.karakas@apiumtec.com)

Apium feiert stolz sein drittes Jahr im 3D-Druck-Geschäft

Im Oktober 2017 sind es 3 Jahre, seit die beiden Freunde Tony Tran-Mai und Prof. Dr. Brando Okolo offiziell mit den operativen Tätigkeiten ihres 3D-Druck Unternehmens Apium Additive Technologies GmbH begannen. Prof. Dr. Brando Okolo (Managing Director & CTO bei Apium) war in den acht vorangegangenen Jahren bereits im Bereich der 3D-Drucktechnologien tätig, mit Fokus auf dem Zusammenspiel des 3D-Drucks mit den Materialien. Sein Expertenwissen in Materialwissenschafften weckte die Aufmerksamkeit des Unternehmens für PEEK, während sein Kollege Mr. Tony Tran-Mai (Managing Director & CEO bei Apium); ein Business School Absolvent, mehr als 15 Jahre Erfahrung im Management und Vertrieb mit einbringt.

Apium Additive Technologies GmbH (vorher Indmatec GmbH) wurde mit dem Hintergrund gegründet, innovative Lösungen für die Fertigung bei industriellen Anwedungen unter Verwendung von additiven Technologien bereitzustellen. 

Das Zusammenspiel aus deutscher Ingenieurskunst und Materialwissenschaft

Apium war das erste Unternehmen weltweit, welches das Hochleistungspolymer PEEK (Polyetheretherketon) für das 3D-Druck Schmelzschichtverfahren FFF/FDM auf den Markt gebracht hat.  Das Unternehmen sorgte für weitere Schlagzeilen, als es einen, speziell für PEEK entworfenen, 3D-Drucker für das Schmelzschichtverfahren entwickelte, welcher Teile mit exzellenten geometrischen Toleranzen herstellt. Apiums Technologie, welche es ermöglicht PEEK zu verarbeiten, ist IP geschützt; sie beinhaltet eine einzigartige, fortschrittliche Temperatursteuerung, die notwendig ist um hochqualitiative 3D-Druck-Teile zu liefern. 

Apium war Vorreiter im Bereich der Verarbeitung von Hochleistungskunststoffen, welche die Ära des 3D-Drucks mit fortgeschrittenen Materialien auf industrieller Ebene einläutete.

Preisgekrönte Technologie für das Verarbeiten von PEEK und anderen Hochleistungsmaterialien

Profitierend von der jahrelangen Erfahrung des Teams in den Bereichen Materialwissenschaften und Ingenieurwesen, hat Apium seinen 3D-Drucker entwickelt - ausgestattet mit einer einzigartigen und fortschrittlichen Temperatursteuerung. Diese Temperatursteuerung beeinflusst die thermische Behandlung der Materialien vom Schmelzvorgang bis zum Erstarrvorgang, unter thermodynamischen Bedingungen. Typische Probleme, welche mit beheizten Bauräumen sowie dem Aufwärmen und Abkühlen einhergehen, sind in diesem System nicht vorhanden. Bessere Druckqualität, kürzere Gesamtdruckzeit sowie die Möglichkeit die Kristallinität von Materialien wie PEEK unter 3D-Druck-Bedingungen zu kontrollieren, sind garantiert mit diesem Steuerungssystem.

Wenn Materialien mit unseren 3D-Druckern verarbeitet werden, werden sie behandelt wie ein Experte sie behandeln würde. - Prof. Dr. Brando Okolo

Mit innovativen Lösungen für industrielle Anwendungen als Kerngeschäft, bietet Apium eine breite Palette an Materialien an, darunter Hochleistungspolymere (PEEK, PEI 9085, PVDF, POM-C) sowie Metalle (Edelstahl).

Fortschritt im FFF 3D-Druck mit PEEK von den Marktführern

Als führender Technologieprovider wird Apium sein brandneues Material für industrielle Anwendungen sowie seine brandneuen 3D-Drucker auf der Formnext 2017 vom 14. - 17. November in Frankfurt erstmals vorstellen.

Topologieoptimierter Lagersitz hergestellt mit unserem Apium P220 3D-Drucker

Topologieoptimierter Lagersitz hergestellt mit unserem Apium P220 3D-Drucker

Topologieoptimierung und Apiums P-Serie bringen Ihre Produktentwicklung auf ein neues Level

Die Reduzierung des Materialverbrauchs und die erhöhte Kosteneffizienz sind zwei wichtige Ziele in der Produktion. Diese Ziele sind bei der Erstellung Ihrer Prototypen  mithilfe von Topologieoptimierungs-Werkzeugen und Apiums 3D-Druckern der P-Serie möglich, da diese speziell zur Herstellung von komplexen Geometrien konzipiert wurden.

In den letzten Jahren gewinnt die Topologieoptimierung als vielseitige Design- und Entwicklungsmethode im Leichtbau immer mehr an Bedeutung. Die typischen Anwendungsbereiche reichen vom Automobil- und Fahrzeugbau über die Luft- und Raumfahrttechnik bis hin zu anderen Sparten des Maschinenbaus.

Die Topologieoptimierung ist ein rechnergestütztes Berechnungsverfahren zur Produktentwicklung, mit dessen Hilfe die Optimierungspotentiale bereits sehr früh im Entwicklungsprozess aufgedeckt werden können. Mit Hilfe von speziellen Softwaretools können die Bauteile deutlich materialreduziert gestaltet werden. Daher ist es notwendig eine optimale Materialverteilung  für den Bauraum unter Einhaltung verschiedener Randbedingungen zu ermitteln. Diese Verteilung und Einsparung des Materials bietet viele Vorteile. Der Bedeutendste ergibt sich jedoch aus der Reduktion der Bauteilmasse. Diese Materialeinsparung senkt im Allgemeinen die Materialkosten, während die daraus resultierende Gewichtsreduzierung zu einer erheblichen Treibstoffreduktion führt.

Ziele der Optimierung:

  •   Kraftflussgerechte Designanpassung
  •   Reduktion der Bauteilmasse
  •   Optimieren der Steifigkeit und Eigenfrequenz
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In vielen Fällen haben topologieoptimierte Teile eher organische und komplexe Geometrie,bei gleicher Funktionalität. Da konventionelle Fertigungstechnologien nicht für solche Geometrien ausgelegt sind, ermöglicht die additive Herstellung als komplementäre Fertigungstechnik ein designgesteuertes Herstellungsverfahren zur Produktion von optimierten Teilen.Die additive Fertigung bietet ein hohes Maß an Gestaltungsfreiheit, die Möglichkeit zur Herstellung kleiner Losgrößen zu angemessenen Stückkosten und eine starke Individualisierung der Produkte.

Apium´s Forschungs- und Entwicklungsteam hat sich mit diesem Thema beschäftigt und hierzu einige Tests durchgeführt. Mit Apiums 3D-Druckern der P-Serie profitieren Sie von den Möglichkeiten ihrer einzigartigen FFF 3D-Drucktechnologie für Hochleistungspolymere in Kombination mit Topologieoptimierung für eine beschleunigte Produktentwicklung.

Abbildung 1: Lagersitz vor der Topologieoptimierung: 56g

Abbildung 2: Lagersitz nach der Topologieoptimierung: 32g

Im Beispiel, Abbildung 1 und 2, sind ein konventionell designter Lagersitz sowie ein Topologieoptimierter zu sehen - beide hergestellt in unserem Apium P155 Drucker. Das optimierte Modell bietet eine deutlich reduzierte Bauteilmasse und eine kürzere Produktionszeit im Vergleich zum konventionellen Design, ohne die "ursprüngliche" Stabilität zu beeinträchtigen.

Da Topologieoptimierung in Kombination mit additiver Fertigung große Vorteile bietet, können hierdurch beste Ergebnisse sichergestellt werden, sofern das Problem bzw. der Lastfall hinreichend bekannt sind. Bauteile, die für einen bestimmten Fall optimiert sind, halten bei einer Änderung des Krafteinleitungspunkt der Belastung eventuell nicht mehr stand. Für eine erfolgreiche Topologioptimerung ist es deshalb wichtig, vorab sämtliche Risiken für ein mögliches Bauteilversagen zu erkennen. Dies benötigt ausreichend Erfahrung.

Eine Möglichkeit diese Risiken während des Entwicklungsprozesses abzuschätzen lässt sich mit Tests an Prototypen durchführen. Dabei bieten sich wiederum additive Fertigungstechnologien an, wie das Fused Filament Fabrication-Verfahren (FFF), welches seine Vorteile bei topologieoptimierten Bauteilen ausspielen kann.  Kurzfristige Änderungen an Ihrem Bauteilkönnen dank der 3D-Drucktechnologie sehr schnell angepasst und mit geringem Kostenaufwand neu gedruckt werden.

Diese Synergie zwischen additiver Fertigung und Topologieoptimierung ist im Zeitalter von Industrie 4.0 nicht mehr wegzudenken und zu einem wichtigen Bestandteil bei der Produktentwicklung geworden, wenn es um Materialeffizienz und Nachhaltigkeit geht.

 
Kontaktieren Sie unser Team, um die fortschrittliche Technologie von Apium für Ihre funktionalen Prototypen oder Kleinserien-Endverbrauchsteile zu nutzen und implementieren Sie die Vorteile der Topologieoptimierung.

Der nächste Schritt für industriellen 3D-Druck: Der neue Apium P220

Im November 2016 auf der Formnext erstmals vorgestellt, bestätigt Apium die ersten Lieferungen des neuen Apium P-Serie 3D-Druckers -Apium P220- für das vierte Quartal 2017. Der CTO und Gründer der Apium Additive Technologies GmbH, Prof. Dr. Brando Okolo, beantwortet eine paar Fragen zu Ihrem neuen 3D-Drucker und gewährte Einblicke in das Tagesgeschäft, Prozesse und Arbeitsweisen von Apium.


Sie sind einer der Gründer von Apium Additive Technologies, wie sind Sie ursprünglich auf die Idee gekommen ein 3D-Druck-Unternehmen zu gründen?

Prof. Okolo: Die Inspiration, ein 3D-Druck-Unternehmen zu gründen, kam durch meine Forschungstätigkeit. Ich habe viel an der Wechselwirkung zwischen Materialien und Verarbeitungswerkzeugen gearbeitet. Vor etwa acht Jahren begann ich mit dem Thema 3D-Druck, allerdings mit Metallen. Zu diesem Zeitpunkt kam mir die Eingebung, wenn ich die Möglichkeit hätte, das Klassenzimmer zu verlassen und einer Tätigkeit, in einem Geschäftsumfeld nachzugehen, wäre das wahrscheinlich eine Thematik die ich verfolgen könnte.

Was ist Apiums Haupttätigkeit und warum haben Sie die Fused Filament Fabrication Technologie gewählt?

Prof. Okolo: Im Mittelpunkt stehen bei uns die Materialien, auch aufgrund meiner früheren Tätigkeit. Wenn wir uns den 3D-Druck anschauen, stellt man schnell fest, dass die Materialien eine entscheidende Rolle spielen. Produkte sind abhängig vom Material, und ebenso ist der 3D-Druck davon abhängig. Zudem ist es ein sehr junges Fertigungsverfahren und wir hatten das Gefühl, mit neuen Materialen etwas bewegen zu können. Deswegen entschieden wir uns für PEEK als erstes Material. Die Fused Filament Fabrication haben wir aus zwei Gründen ausgewählt: zum einen aus der Investmentsichtweise, da man in dieses Verfahren einfacher investieren kann. Zum anderen aufgrund des nötigen Wissens, man findet über dieses Verfahren deutlich mehr Informationen als über jedes andere. Der Grund ist offensichtlich, Polymere waren die ersten 3D gedruckten Materialien.

Lassen Sie die letzten 3 Jahre Revue passieren, was waren die größten Herausforderungen zu Beginn und Erfolge bis jetzt?

Prof. Okolo: Wie bei jedem anderen Unternehmen war die größte Herausforderung die Investmentkosten zu stemmen und die benötigten Gelder zu bekommen, um unsere Ideen, die in einem Labor entwickelt und in Kundenumgebung getestet wurden, auf den Markt zu bringen. In Bezug auf unsere Erfolge ist der größte Erfolg die Menschen die mit uns hier arbeiten, unser Team, der Fakt, dass es uns möglich war, dynamische Köpfe zusammen zu bringen, die sich der Sache hingeben. Oft vergleiche ich die Geschäftswelt mit einem Kriegsgebiet, man benötigt gute Soldaten, um eine Schlacht zu gewinnen und eine Strategie für die nächste Schlacht.

Apium P220 Fused Filament Fabrication 3D-Drucker für Hochleistungsmaterialien 

Apium P220 Fused Filament Fabrication 3D-Drucker für Hochleistungsmaterialien 

Ihr derzeitiger Flaggschiff-Drucker ist der Apium P155, aber es wird einen neuen geben, den P220. Dieser wird von der Heidelberger Druckmaschinen AG hergestellt. Was sind die Hauptunterschiede im Vergleich zum P155?

Prof. Okolo: Zum einen gibt es Bedarf an einer größeren Maschine, aus verschiedenen Gründen, und die Größe ist ein entscheidender Unterschied. Zum anderen sind es die mechanischen Eigenschaften, die Mechanik, welche sich im P220 finden lässt ist jener aus dem P155 überlegen. Das ermöglicht uns längere Arbeitszeiten, es ermöglicht dem Druckkopf sich einfacher zu bewegen und erhöht die Zuverlässigkeit des Systems, auch in Bezug auf die Reproduzierbarkeit der gedruckten Teile. Der P220 wird insgesamt eine bessere Leistungen abliefern können.

Welche Absicht steckte hinter der Entwicklung des Apium P220?

Prof. Okolo: Unsere Kunden hatten einen großen Einfluss auf die Entwicklung des P220. Einer unserer Mitarbeiter, Mr. Gopal, führte einige Umfragen durch, was unsere potentiellen Kunden gerne in einem 3D-Drucker sehen würden, und am gefragtesten war die Größe. Also entschieden wir uns dazu, einen 3D-Drucker zu entwerfen der ein verhältnismäßig größeres Bauvolumen besitzt.

 In welchen Industrien und Branchen kann der neue Drucker genutzt werden? Welche Anwendungen sind dabei möglich?

Prof. Okolo: Man muss im Hinterkopf behalten, dass der 3D-Druck, oder Additive Manufacturing wie man ihn auch nennt, kein Massenproduktionswerkzeug ist - das ist er wirklich nicht. Er ist ein Massen-Anpassungswerkzeug. Also schauen wir in Richtung derer Industrien, bei denen der Bedarf nicht bei Massenware, sondern Kleinserien liegt, die zusätzlich flexibel im Design sein wollen. Auf Basis dessen sind die Schlüsselindustrien der Medizinsektor, Luft- und Raumfahrt und mit großem Bedarf der F&E Bereich. In diesen Bereichen werden nicht tausende Teile hergestellt, sondern zehn, mit denen dann experimentiert wird, das Design wird geändert und die nächsten Tests können durchgeführt werden.

Apium ist dafür bekannt PEEK zu drucken, wie wichtig ist es, die Kristallinität von PEEK kontrollieren zu können?

Prof. Okolo: Das ist entscheidend, da die Kristallinität PEEK in seiner Einzigartigkeit ausmacht. Die kristalline Phase gibt PEEK den strukturellen Halt, wenn diese entfernt werden würde, würde es sich wie eine normales Polymer verhalten. Wenn wir die Kristallinität kontrollieren können, kontrollieren wir damit auch die nominale Festigkeit des gedruckten Bauteils, vor allem in Z-Richtung. Teile der Bemühungen, welche wir derzeit unternehmen, sind zu verstehen, wie die Bildung von Kristallen auftritt. Wir müssen fähig sein, die Informationen bezüglich der Daten zu verarbeiten, bei welchen Temperaturen wir die meisten kristallinen Bereiche erhalten und wie die Anzahl der Kristalle das mechanische Verhalten der gedruckten Teile beeinflussen. Unsere Fähigkeit, die Kristallinität zu kontrollieren, steht im Mittelpunkt unserer Verarbeitungsstrategie.

Welche anderen Hochlesitungspolymere oder Materialien können mit einem Apium 3D-Drucker verarbeitet werden? Planen Sie weitere zu entwickeln?

Prof. Okolo: Neben PEEK haben wir PVDF, das ist ein Fluorpolymer und kommt aus der gleichen Familie wie Teflon, wir haben auch ein Copolymer, POM-C, außerdem haben wir Ultem oder PEI, das ist ein Polyamid. Diese Polymere haben sehr spezifische Anforderungen, Bedürfnisse und Funktionen in der Industrie. Wir haben diese Polymere ausgewählt, weil wir uns in einer Nischenanwendung befinden. In Verbindung damit wissen wir, dass es neue Anwendungen geben wird, in welchen modifizierte Materialien genutzt werden könnten, und wir verfolgen diese Anwendungen. Ein typisches Beispiel ist die Entwicklung von 3D-gedruckten Spritzgusseinsätzen. Polymere werden dabei im Mittelpunkt stehen, aber da sie schlecht thermisch leiten, wissen wir, dass wir sie modifizieren müssen, um die funktionellen Ansprüche zu erfüllen. Wir sehen das in naher Zukunft, wir werden neue Materialien in unser Portfolio aufnehmen. 

Zudem laufen aktuell Bemühungen in Bezug auf den Metall 3D-Druck, wobei wir ausnutzen, was bereits vom sogenannten Metall-Spritzguss bekannt ist. Bei unserem Prozess haben wir eine metallische Phase gefüllt mit einer Polymermatrix, diese wird dann in Form gebracht und anschließend entbunden, dabei wird die polymere Phase entfernt, während versucht wird die Geometrie des Teils aufrecht zu erhalten, abschließend wird ein Sinterprozess durchgeführt. Es ist also nicht nur drucken, sondern andere Prozesse sind im Ablauf involviert, um das fertige Teil zu erhalten. Dass das mit unserer Technologie möglich ist, wurde bereits gezeigt und wir verfolgen das Thema aus der Sichtweise, dass unsere Technologie bei Apium für die Verarbeitung von Metall-gefüllten Polymeren in einer einzigartigen Weise verwendet werden kann. Wir sehen dieses Vorhaben in naher Zukunft und werden es ebenso in unser Produktportfolio aufnehmen.

Metall 3D-Druck: Erste Testdrucke (gesinterte Teile links; Grünkörper rechts)

Metall 3D-Druck: Erste Testdrucke (gesinterte Teile links; Grünkörper rechts)

Was sind Ihrer Meinung nach die größten Vorteile, einen Apium 3D-Drucker gegenüber einem anderen zu wählen?

Prof. Okolo: Der Drucker ist dafür mit der Materialwissenschaft hinter dem Prozess konzipiert, denn man muss die Rolle der Materialwissenschaft verstehen, um einen guten Prozess zu erhalten. Was unsere Drucker einzigartig macht ist die Art, wie die Materialien in der Maschine behandelt werden, genauso, wie ein Fachmann das tun würde. Die Professionalität hinter der Verarbeitung ist das, was uns von unseren Mitbewerbern unterscheidet. Und natürlich, nicht weil ich mit Apium verbunden bin, lautet meine Empfehlung, einen Apium 3D-Drucker statt eines anderen zu kaufen.

Was sind Apiums Ziele für die nächsten Jahre?

Prof. Okolo: Wir sehen den medizinischen Bereich als eine neue Welt. Der Grund dafür ist, dass sich die Anfragen, die wir von außen bekommen, mehr und mehr auf den medizinischen Sektor beziehen. Es gibt eindeutig einen Markt, den es zu erobern gilt und wir müssen uns auf diesen Kampf vorbereiten. Der Markt ist wie ein Schlachtfeld, zu welchem wir noch keinen Zugang haben, und je früher wir uns bereitmachen und dorthin gelangen, um diesen Bereich zu dominieren und einzunehmen, desto besser für uns.

Haben Sie noch weitere Punkte, die Sie unseren Lesern mitteilen möchten?

Prof. Okolo: Einen Punkt habe ich, dabei geht es um 3D-Drucktechnologien generell. Das ist eine sehr mächtige Technologie, welche Vorteile für industrielle Hersteller bereithält, und ihre Rolle ist sehr komplementär. Sie wird nicht alle Probleme der Industrie lösen, welche wir in der Produktion und Herstellung haben; Industrien müssen zu schätzen wissen, dass die Rolle des 3D-Drucks, oder Additiver Fertigung, eine ergänzende ist, das ist meine Aussage für die Welt.



Apiums Pläne für die nächsten Monate sind klar definiert in Anbetracht der Punkte die CTO Prof. Dr. Brando Okolo genannt hat. Der erste Schritt, den neuen Apium P220 3D-Drucker für Hochleistungsmaterialien, maßgeschneidert auf die Bedürfnisse der Kunden, zu entwickeln und auszuliefern, ist getan. Neue Materialien werden zu ihrem Portfolio hinzugefügt werden, 3D-Druck von Metallen wird die Grenzen des reinen Polymerdrucks sprengen. Neue Märkte werden dank Apiums Aktivitäten in der Medizinbranche erschlossen. Apium bleibt so innovativ in den nächsten Jahren, wie sie mit der Fused Filament Fabrication für Hochleistungspolymere begonnen haben.

 

Biographie: Prof. Dr. Brando Okolo arbeitete als Professor der Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der Deutschen Universität in Kairo – Ägypten. Er war über Jahre als Dozent und Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) in Deutschland Vollzeit beschäftigt, wo er seinen Beitrag zur Entwicklung von Rapid Prototyping-Prozessketten für ein von der deutschen Regierung finanziertes Projekt leistete. Er veröffentlichte ausführlich zum Thema struktureller Integrität von Komponenten für den Mikrosystem-Technologie-Sektor, welche mittels Rapid Prototyping Verfahren hergestellt wurden und betreute sowohl wissenschaftliche Arbeiten als auch Abschlussarbeiten im Bereich 3D-Druck und additiver Fertigung. 3D-Druck ist sein derzeitiger Forschungsschwerpunkt, mit der Absicht, die Vorteile für die Branchen Medizin, Automobil, Luft- und Raumfahrt, Ausbildung, Elektronik, Unterhaltung sowie Öl & Gas hervorzubringen. Er vereint Wissen, Fähigkeiten und Kompetenzen in Bezug auf 3D-Druck Themen, auf Expertenebene. Im August 2014 gründete er das Unternehmen Apium Additive Technologies GmbH (vorher INDMATEC GmbH) zusammen mit seinem Freund und Geschäftspartner Tony Tran-Mai.

 

 

Kontakt: Prof. Dr. Brando Okolo brando.okolo@apiumtec.com

Mit Apiums Druckern der P-Serie wollen wir Teil einer umweltfreundlichen und nachhaltigen Welt sein

Apium Additive Technologies zählt zu Baden-Württembergs Umwelttechnik-Innovationsführern

Das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg verleiht den Umwelttechnikpreis seit 2009 im Zwei-Jahres-Takt für hervorragende und innovative Produkte in der Umwelttechnik. Ausgezeichnet werden dabei Produkte, die einen bedeutenden Beitrag zur Ressourceneffizienz und Umweltschonung leisten und kurz vor der Markteinführung stehen oder nicht länger als zwei Jahre am Markt sind. Teilnahmeberechtigt sind Unternehmen mit Sitz oder Niederlassung in Baden-Württemberg. Umweltminister Franz Untersteller zeichnete am 13. Juli 2017 in der Schwabenlandhalle in Fellbach die diesjährigen Preisträger aus.

„Unternehmen an unserem Hochtechnologiestandort Baden-Württemberg stehen vor der Herausforderung, mit knappen Ressourcen umzugehen und zugleich umweltschonend wettbewerbsfähige Produkte zu entwickeln und zu fertigen. Mit dem Umwelttechnikpreis Baden-Württemberg würdigen wir innovative Lösungen, die zeigen, dass wirtschaftliches Handeln und Nachhaltigkeit kein Widerspruch sind“, erklärte Umweltminister Franz Untersteller, der gemeinsam mit der Fachjury die Preisträger und die nominierten Unternehmen aus den Bewerbungen ermittelt hat.

Diese besondere Auszeichnung erhielten wir für unseren 3D-Drucker „Apium P155“. Mit seinen Eigenschaften, durch das FFF-Verfahren im Vergleich zu anderen PEEK-Verarbeitungsmöglichkeiten, wie z.B. Fräsmaschinen kein Material zu verschwenden weist der Apium P155 eine hohe Materialkosteneinsparung auf. Dank seiner Leichtigkeit und gleichzeitigen metallähnlichen Widerstandsfähigkeit sorgt PEEK beispielsweise in Flugzeugen und Automobilen für einen deutlich verringerten Kraftstoffverbrauch. Die FFF-3D-Drucktechnologie ist eine bessere Alternative zu anderen Fertigungsverfahren, denn Sie garantiert Ihnen eine kostengünstige Produktentwicklung. Von der Idee bis zum fertigen Bauteil ist lediglich ein geringer zeitlicher Aufwand von Nöten.

„Die Nominierung ist eine besondere Auszeichnung für unsere Arbeit und unser Engagement. Sie ist für uns ein weiterer Ansporn, genau da weiterzumachen: in der Entwicklung von Produkten, die nicht nur innovativ sind, sondern gleichzeitig einen Beitrag zur Schonung der Umwelt zu leisten“, so Tony Tran-Mai, CEO der Apium Additive Technologies GmbH.

Wenn sie gerne mehr Informationen zu unserem Apium P155 erhalten möchten, dann besuchen Sie unsere Drucker-Seite.

Metall-3D-Druck: Eine aufkommende Chance

Folgt man dem “Geld” in der Welt des 3D-Drucks wird schnell klar, dass wir eine Zeit erleben in welcher Investoren mehr auf Metall-basierte Systeme setzen als auf jede andere Materialklasse. Allerdings gilt zu erwähnen, dass im weltweiten Materialmarkt Polymere (Thermoplaste und Photopolymere) immer noch zwei Drittel der Materialverkäufe im 3D-Druck ausmachen; ein Markt der prognostiziert ein Volumen von 3 Mrd. $ bis 2018 erreicht. Die entsprechende Frage die sich stellt ist “Was ist für den kürzlichen Anstieg von Metallen verantwortlich?“. Möglicherweise sind Metalle tatsächlich die Materialklasse, welche hauptverantwortlich für eine Investition in technische Systeme in der Luft- & Raumfahrt, Öl & Gas und dem Automobil Sektor sind. Es kann auch daran liegen, dass das Interesse durch die Tatsache verstärkt wird, dass Metalle grundsätzlich als eher einsetzbar für funktionelle Teile gesehen werden, anstatt für Prototypen und Modelle. Was auch immer die treibende Kraft hinter der Bevorzugung von Metallen ist, der 3D-Druck dieser ist ein sehr kostenintensiver Prozess. Die benötigten metallischen Pulver für die 3D-Verarbeitung sind sehr teuer, die Materialhandhabung bringt unerträgliche Gesundheits-, Sicherheits- und Umweltthematiken mit sich, die Verwendung von Lasern benötigt hochenergetische Prozesse und der Materialabfall während der Herstellung kann bis zu 80% des Rohmaterials betragen.

 

Ein möglicher Ersatz für pulverbasierte Technologien liefert die Fused Filament Fabrication (FFF). Dabei ist ein entscheidender Vorteil der FFF 3D-Drucktechnologie die Eigenschaft lediglich die Menge an Material zu verwenden, welche letztlich für die Herstellung des Bauteils benötigt wird. Zudem sind die Materialien des FFF 3D-Drucks (typischerweise Thermoplaste) günstiger als jede andere der 3D-Druck Varianten. Thermoplaste können mit einer Reihe verschiedener Materialien versehen werden, dabei werden sie einfach mit diesen in eine Compoundierung gefüllt. Metalle, Keramiken, Holz, Carbon, Glas, sowie nicht-schmelzbare Polymere wurden bereits benutzt, um Polymer-Komposite herzustellen.

Metall Polymermatritzen können inzwischen mit Spritzgussverfahren verarbeitet werden. Dabei muss im ersten Schritt das granulare Rohmaterial in Teile spritzgegossen werden (sog. Grünkörper), um dann weiter bearbeitet zu werden um die volle Festigkeit des metallischen Anteils zu erreichen. Diese Nachbearbeitung besteht typischerweise aus einem Entbindungs-Prozess (katalytisch oder nur durch Verwendung von Hitze, um den polymeren Binder vom Metall zu trennen) und einem thermischen Sinterprozess in welchem der vorliegende Braunkörper zu einem porenfreien, festen Teil verdichtet wird.

Dieser Verarbeitungsansatz, technisch auch “Metall Spritzguss” (MIM), ist ein etablierter Fertigungsprozess. Er verbindet die Vorteile der Massenherstellung und Rapid Manufacturing, welche typisch sind für Spritzguss, und ist dabei sicherer verglichen mit Metallguss oder dem Schmieden.

 

Die Vorteile in der Herstellung können noch verbessert werden, wenn die FFF 3D-Drucktechnologie verwendet wird, da hier Teile mit verhältnismäßig komplexen Geometrien zu geringeren Kosten gefertigt werden können. Die Apium Additive Technologies GmbH hat in diesem Zuge das neu entwickelte Filament Ultrafuse 316LX der BASF getestet. Dieses Material besteht aus einem polymeren Binder-Anteil mit einem ca. 80 Gew.-% rostfreien Stahl 316L Partikeln. Die FFF 3D gedruckten Grünkörper wurden in einer Nachbearbeitung zuerst durch einen katalytischen Säure Entbindungsprozess behandelt und anschließend in einem Ofen gesintert.

 

Folgende Punkte haben wir durch die Verarbeitung des 316LX Materials gelernt:

-  Durch Apiums FFF 3D-Drucktechnologie kann es einfach verarbeitet werden

-  Die mit Apiums Druckern gedruckten Grünkörper haben strukturelle Eigenschaften, welche die

   Überlebenschancen während des Entbindungs- und Sinterprozesses erhöhen

-  Die gesinterten Teile treffen die Anforderungen an die Geometrie

-  Die mechanischen Eigenschaften der gesinterten Teile sind vergleichbar mit gehärtetem 316L

    rostfreiem Stahl

-  Die Porosität der gesinterten Teile liegt im Allgemeinen bei unter 2%

 

Die Möglichkeit metallische Teile unter Verwendung von Apiums 3D-Drucktechnologie herzustellen, hat weitreichende wirtschaftliche Auswirkungen auf die Fertigung. Sie eröffnet kleinen und mittelständischen Unternehmen die Chance Prototypen und funktionelle Teile in Kleinserien zu sehr wettbewerbsfähigen Kosten zu fertigen. Apium arbeitet bereits an einem System, welches den Entbindungs- und Sinterprozess in die 3D-Drucklösung integriert.

Abbildung 1: Zugtest aus Ultrafuse 316LX als Grünkörper und gesintert

Abbildung 1: Zugtest aus Ultrafuse 316LX als Grünkörper und gesintert

Abbildung 2: gesinterte Zahnräder aus Ultrafuse 316LX

Abbildung 2: gesinterte Zahnräder aus Ultrafuse 316LX

Kontakt:
Prof. Dr. Brando Okolo brando.okolo@apiumtec.com
Philipp Renner philipp.renner@apiumtec.com

Hochleistungspolymere im Kontext 3D-Druck

In der Welt der industriellen Fertigung lassen sich zahlreiche Materialien aus den verschiedenen Werkstoffklassen finden. Einen prominenten Platz nehmen dabei Kunststoffe ein. Der Vorteil vieler Polymere ist dabei, dass sie sich mit mehreren Fertigungsverfahren verarbeiten lassen und sie mit unterschiedlichen Materialeigenschaften versehen sind. In der industriellen Fertigung spielen vor allem die Hochleistungspolymere wie Thermoplaste eine entscheidende Rolle. Dank ihren hohen Temperaturbeständigkeiten lassen sich diese Werkstoffe in zahlreichen anspruchsvollen Anwendungen verwenden, z.B. in Motoren und Getrieben. Weitere Eigenschaften wie chemische Stabilität, geringer Verschleiß bei andauernder Belastung und hohe Zugfestigkeiten sorgen für weitreichende Anwendungsgebiete in der Automobilbranche, Luft- & Raumfahrt oder der Öl- und Gasindustrie. Dank dieser Eigenschaften bieten sich diese technischen Polymere auch als Alternative zu Metallen an. Dadurch kann zum einen die Leistung von Maschinen, in Hinsicht auf Gewichteinsparung und daraus resultierender höherer Geschwindigkeit oder geringerem Verbrauch, gesteigert werden. Zum anderen bieten diese Polymere zusätzliche Eigenschaften welche bei Metallen fehlen. Ein Beispiel liefern hier Teile aus dem thermoplastischen Polymer Polyetheretherketon (PEEK) als Ersatz für metallische Zahnräder in Motoren. Zahnräder aus PEEK benötigen deutlich weniger Schmiermittel als seine Pendants aus Metall, dadurch lassen sich Wartungsintervalle verlängern und somit Kosten sparen, da Teile seltener ausgetauscht werden müssen.

Aufgrund der herausragenden Eigenschaften haben diese Materialien einen entsprechenden Preis, den es bei Betrachtung als Alternative für metallische Werkstoffe einzubeziehen gilt. Dabei sollte abgewogen werden, ob sich die gesteigerte Leistung bzw. die Kosteneinsparung durch geringere Wartungskosten mit einem höheren Materialpreis rechnet. Es ist ratsam auch entsprechende innovative Fertigungsmethoden mit zu betrachten, die thermoplastische Polymere verarbeiten können und dabei effektiver arbeiten als klassische Fertigungsverfahren. Die Rede ist hier von Additive Manufacturing (AM). AM, auch generative Fertigung oder 3D-Druck genannt, bezeichnet Verfahren, welche ein Bauteil durch Auftragen bzw. Hinzufügen von Material herstellen. Dem gegenüber stehen die sonst klassischen, abtragenden Verfahren, bei welchen Material von einem Halbzeug entfernt wird. Die klassischen Verfahren haben demnach deutlich höhere Materialkosten für dasselbe Bauteil. Eines der 3D-Druck-Verfahren, welches äußerst materialsparend arbeitet, ist das Fused Filament Fabrication (FFF). Bei diesem wird der Werkstoff als eine Art Kunststoffstrang, dem Filament, durch eine Düse geschmolzen und so in verschiedenen Schichten zum Bauteil durch Auftragen auf der Bauplattform aufgebaut. Dieses Verfahren ermöglicht, neben der materialsparenden Arbeitsweise, zudem neue, komplexere Geometrien im Vergleich zu abtragenden Verfahren. So sind bspw. Bauteile mit Überhängen oder solche in Leichtbauweise mit Hilfe von Wabenstrukturen deutlich einfacher zu realisieren. Ein Beispiel zeigt Abbildung 1.

Abbildung 1: Leichtbauwinkel aus PEEK, hergestellt mit einem Apium P 155 3D-Drucker und dem FFF-Verfahren

Abbildung 1: Leichtbauwinkel aus PEEK, hergestellt mit einem Apium P 155 3D-Drucker und dem FFF-Verfahren

Die reinen Materialkosten des hier verwendeten PEEK belaufen sich, bei einer Abmessung von 10 x 45 x 115 mm und 100% Infillrate, auf 12,90 €. Im Vergleich dazu kostet eine Platte aus PEEK mit den gleichen Maßen ca. 15,30 €, 18% höhere Materialkosten pro hergestelltem Teil. Zudem gilt hier zu bedenken, dass die gezeigte Wabenstruktur mit abtragenden Verfahren kaum bis nicht möglich herzustellen ist und die laufenden Kosten, wie Verschleiß der Werkzeuge und Instandhaltung, höher als bei einem FFF basierten 3D-Drucker sind, welcher als einziges Werkzeug die Schmelzdüse verwendet. Gerade bei einem sehr beständigen und schwer zu bearbeitendem Werkstoff wie PEEK müssen die Werkzeuge, bspw. Fräsköpfe, entsprechend oft getauscht werden. Einzig die aktuell langen Herstellungszeiten mit dem Fused Filament Fabrication Verfahren verhindern einen serienreifen Einsatz von 3D-Druckern in der Fertigung. Dem Einsatz zu Spezialanfertigungen, Prototypen oder im Bereich der F&E steht allerdings nichts im Weg. Zumal abtragende Verfahren, je nach Geometrie des Bauteils, Verfügbarkeit des Halbzeuges und speziell angefertigten Einspannvorrichtungen auch lange Fertigungszeiten in Anspruch nehmen können. Hier spielt wiederum der 3D-Druck seine Stärken aus, der Herstellungsprozess kann sofort begonnen werden, sobald das Bauteil designt wurde, es werden keine zeitraubenden Vorbereitungsschritte benötigt.

 

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Philipp Renner philipp.renner@apiumtec.com

Angaben über Auflösung, Maßhaltigkeit und Reproduzierbarkeit im 3D-Druck

Eine der von potentiellen 3D-Drucker-Käufern meist gestellten Fragen ist die, nach der "Auflösung" des 3D-Druckers. Hakt man nach, wird klar, dass tatsächlich von der „Maßhaltigkeit“ und „Reproduzierbarkeit“ von additiv gefertigten Modellen die Rede ist.

Auflösung der 3D-Drucker
Im Bereich des 3D-Drucks bezieht sich die Auflösung (gerätetechnisch) auf die geringstmögliche Druckkopfverschiebung, die innerhalb eines dreidimensionalen Volumens erzeugt werden kann (meist definiert in einem kartesischen Koordinatensystem in x, y, z). Diese Verschiebungen werden durch die Kombination der Steuerungssoftware, dem minimalen Verschiebungswinkel der Antriebsmotoren und der Übersetzung auf die beweglichen Elemente definiert. Dieses Zusammenspiel, sich innerhalb des Bauvolumens präzise von einem Ort zum anderen zu bewegen, wird als “Auflösung” des 3D-Druckers bezeichnet. Während diese Eigenschaft zweifellos von großer Bedeutung für die Fertigung von Bauteilen innerhalb dimensionaler “Genauigkeit” und “Reproduzierbarkeit” ist, bleibt diese Angabe nicht die einzig maßgebende Einheit für die dimensionale Präzision des Bauteils.

Maßhaltigkeit und Reproduzierbarkeit
Die Maßhaltigkeit des Bauteils hängt zum einen von der Auflösung des Druckers und zum anderen von der Kombination des Fließverhaltens des Polymers mit dem Durchmesser der Extrusionsdüse ab.   

Die Fähigkeit des gesamten 3D Drucksystems das gleiche Bauteil mit selber Geometrie (auch wenn diese vom Sollzustand abweichen sollte) stets zu erzeugen, bezeichnet die Reproduzierbarkeit. Wenn die Abweichung der Maße des CAD Modells mit denen des 3D-gedruckten Teil verglichen wird, kann daraus die Toleranz abgeleitet werden.

Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, ein 3D-Drucker mit einer hohen räumlichen Auflösung erzeugt nicht zwangsläufig Teile mit einer hohen Maßhaltigkeit oder Reproduzierbarkeit. Die meisten 3D-Drucker haben Motoren deren instrumentelle Auflösung bei 1 - 5 µm liegen. Dennoch liegen die feinsten Strukturen, die derartige Maschinen erzeugen können, zwei Größenordnungen (10²) über der instrumentellen Auflösung. Im Fall der 3D gedruckten Hochleistungsthermoplasten kommt die Überführung des Materials in die Schmelze und anschließendem Erstarren hinzu. Das Verhältnis von Abkühlrate und Fließverhalten des Thermoplasts muss ausreichend kontrolliert werden um zufriedenstellende Maßhaltigkeit zu erzielen. Apium weiß über die Sachverhalte von Auflösung, Maßhaltigkeit und Reproduzierbarkeit Bescheid. Für weitere Informationen der 3D Drucker von Apium dürfen Sie uns gerne kontaktieren.

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Philipp Renner philipp.renner@apiumtec.com

Bahnbrechende Erfindung im FFF-3D-Druck: Apiums Drucker der P-Serie

 

Die Einführung von FFF 3D-Druck-Technologien in industriellen Anwendungen ist, mit der Verarbeitung von Hochleistungspolymeren, erst der Beginn des industriellen Umschwungs.

Mit der Einführung des ersten PEEK-Filaments im März 2015 durch die Apium Additive Technologies GmbH (ehemals Indmatec GmbH) wurden neue Möglichkeiten im Bereich der FFF-3D-Druck-Technologie ermöglicht.

Apiums innovative Arbeit zur Entwicklung eines 3D-Druckers führte im November 2015 zur Markteinführung des  "HPP 155", dem weltweit ersten FFF 3D-Drucker, der speziell für den Druck von PEEK entwickelt wurde.

Diese bahnbrechende Technologie hat revolutionäre Perspektiven eröffnet, die in der breiten Masse der Fertigungswege niemals für möglich gehalten wurden.

Im November 2016 kündigte Apium, als Marktführer im FFF 3D-Druck mit PEEK, die Entwicklung der neuen 3D-Drucker der P-Serie an; Apium P 155 und Apium P 220 - welche speziell für den Einsatz mehrerer Materialien entwickelt wurden. Dies ermöglicht den Anwendern eine Vielzahl von Hochleistungspolymeren, vor allem PEEK, PVDF, POM-C und PEI 9085, in nur einem 3D-Drucker zu verarbeiten.

Einer der hervorstechenden Eigenschaften von Apiums 3D-Druckern der P-Serie ist ihre Fähigkeit zur nahezu grenzenlosen Verarbeitung von Hochleistungspolymeren. Die hochmoderne Druckkopftechnologie, sowie Apiums Controlling Software mit 65 einstellbaren Parametern, ermöglicht es den Anwendern, die Steifigkeit, Dichte, Kristallinität und viele andere Materialeigenschaften auf einfachste Weise zu steuern.

Apiums erste Druckergeneration der P-Serie; Apium P 155, ist mit einem Vollmetall Druckkopf ausgestattet, welcher in der Lage ist bis auf 520 °C aufgeheizt zu werden. Des Weiteren verfügt er über ein bis auf 160 °C aufheizbares Druckbett. Apium vereint die herausragenden Eigenschaften von Hochleistungspolymeren mit deutscher Ingenieurkunst, um komplexe Geometrien wie zum Beispiel Wabenstrukturen und geschlossene Hohlräume zu realisieren. Hierbei werden deutliche Material und Gewichtseinsparungen möglich. Zudem lassen sich Unterbaugruppen mit weniger Produktionsschritten in nur einem einzigen Druckteil vereinen.

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Prof. Dr. Brando Okolo brando.okolo@apiumtec.com

Eine wissenschaftsorientierte Betrachtung von unerwünschten Bestandteilen in 3D gedruckten Polymeren

Ein unerwünschter Effekt bei thermischer Umformung von Thermoplasten ist das Auftreten von schwarzen Punkten in dem bereits verarbeiteten Material. Diese schwarzen Punkte haben ihren Ursprung in der thermisch-mechanischen Bearbeitung des Materials. Es wird jedoch selten bei unverarbeiteten Polymeren beobachtet, weil die Synthese, durch die das Polymer hergestellt wird, meist sehr akribisch kontrolliert wird.

Auf dem Gebiet der „Fused Filament Fabrication“-3D-Druck-Technologie (FFF) können schwarze Punkte möglicherweise in gedruckten Teilen entstehenoder in den Bereichen im Inneren des Druckers, in denen sich die Schmelze befindet, wie die Düse und die umliegenden Bereiche. Sollten diese Punkte auftreten, kann es dem schlechten Temperaturmanagement während des Druckvorgangs zugeordnet werden. Während die Materialwissenschaft unkontrollierbare thermodynamische Änderungen (Schwankungen in Konzentration, Druck oder Temperatur) als Ursache für die Bildung der schwarzen Punkte in der Schmelze verantwortlich macht, ist es zudem selbstverständlich, dass die Temperatur eine grundlegende Rolle spielt.

Die möglichen Ursachen von schwarzen Punkten in FFF 3D gedruckten Teilen sind:

·         Zersetzung des geschmolzenen Filaments

·         Zersetzung des geschmolzenen Filaments innerhalb des Düsenschafts

·         Schlecht designter Düsenspitzenbereich, sodass sich die Schmelze an der freigelegten Oberfläche sammelt und anschließend zersetzt

·         Unregelmäßige thermische Belastung der Schmelze durch die Heizelemente

·         Zersetzung der Schmelze aufgrund von Fremdkörpern, die sich mit der Schmelze verbinden

·         Verlängerte Verweildauer der Schmelze im Düsengang/-gehäuse

·         Zu hohe Verarbeitungstemperatur

Für Hochtemperatur-Polymerwerkstoffe wie PEEK ist eine strikte Beherrschung der temperaturabhängigen Vorgänge wünschenswert. Apiums 3D-Drucker sind speziell dafür designt, um sicherzustellen, dass sich keine schwarzen Punkte im gedruckten Teil entwickeln. Selbst für Verarbeitungstemperaturen, die deutlich höher sind als die Schmelztemperatur von PEEK. Auf Basis dieses technischen Erfolgs ist es Apium möglich, naturfarbenes (beiges) PEEK für die Herstellung von Sichtteilen, Demonstrationsmodellen und Endnutzeranwendungen zu verarbeiten. Diese Punkte, falls vorhanden, sind in schwarzem PEEK oder auch in stark amorphem PEEK (wenig kristallines PEEK, dunkelbraun) verständlicherweise kaum sichtbar für das menschliche Auge (Abbildung A).

Abbildung A. Bild von PEEK Teilen die schwarze Punkte aufweisen

Abbildung A. Bild von PEEK Teilen die schwarze Punkte aufweisen

Die Fourier-Transformations-Infrarot-Spektrometrie (FTIR) ermöglicht die Bestimmung der Art chemischer Bindungen in Materialien, basierend auf der Absorption oder Transmission des Materials von Infrarotlicht, auf einem relativ weiten Wellenlängenbereich. Die FTIR Untersuchung von FFF 3D-gedruckten Teilen aus PEEK mit schwarzen Punkten und ohne schwarze Punkte offenbart (Spektrum in Abbildung B), dass die Merkmale der aromatischen Gruppe, ebenso wie die der Carboxylgruppe in der PEEK-Struktur im fleckenfreien Teil detektiert wurden, während diese Gruppen im fleckenreichen Teil nicht aufgespürt wurden.

Das Ergebnis bestätigt das Vorkommen thermischer Oxidation (Verbrennung) des Materials zusammen mit dem Auftreten atmosphärischen CO2s. Das Resultat zeigt, dass sich die chemische Struktur des PEEKs (durch Oxidierung) verändert hat und daher die einzigartigen Eigenschaften des Materials verloren sind. Folglich ist ein schwarzer Fleck eine verbrannte Masse von Verunreinigungen in Polymeren.

Abbildung B. FITR Spektrum von PEEK Proben im fleckenlosen und fleckenreichen Zustand

Abbildung B. FITR Spektrum von PEEK Proben im fleckenlosen und fleckenreichen Zustand

Die notwendigen Prozesse um qualitativ hochwertiges PEEK mittels der FFF-Technologie 3D-drucken zu können, wurden bei Apium entwickelt und etabliert. Diese Leistung ermöglicht die Verarbeitung anderer Hochtemperatur-Polymere durch die FFF 3D-Druck-Technologie ohne Schädigung des Materials und ohne Bildung schwarzer Punkte.

 

Anerkennung
Die FTIR-Analyse wurde vom ARC Centre in ADDITIVE BIOMANUFACTURING durchgeführt, welches von Professor Dietmar W Hutmacher an der Queensland Universität für Technologie – Australien geleitet wird.

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Prof. Dr. Brando Okolo brando.okolo@apiumtec.com

3D-Druck auf dem Weg in die Medizin

Additive Fertigungsverfahren gehören seit einiger Zeit fest ins Repertoire der industriellen Fertigung. In den Bereichen Prototyping, Herstellung individueller Teile und komplexer Geometrien oder für die Forschung und Entwicklung gibt es zahlreiche Verfahren wie 3D-Drucktechnologien die diese Abteilungen bereichern.

Aufgrund der vielfältigen Verfahren eröffnet sich dem Additive Manufacturing nun auch der Weg in die Medizin. Denkbar sind hier, neben speziell angepassten medizinischen Werkzeugen, vor allem Prothesen und Implantate. Einen prominenten Platz nimmt dabei die Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie ein. In den genannten Bereichen spielen individuelle Implantate eine besondere Rolle. Im Bereich der dentalen Medizin bspw. kann so Zahnersatz für die Patienten maßgeschneidert angeboten werden. Entscheidend dabei ist jedoch die Wahl des Materials aus welchem die Implantate bestehen sollen und damit auch das Verfahren zur Verarbeitung dieses.

Apium PEEK Filament

Apium PEEK Filament

Eines der Materialien, welches seit längerem für Implantate und im Bereich der Dentaltechnik verwendet wird, ist das Hochleistungspolymer Polyetheretherketon (PEEK). Ein Polymer, welches sich aufgrund seiner chemischen Stabilität, Biokompatibilität und Toleranz gegenüber Gammastrahlung sowie hervorragender Verschleißbeständigkeit aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften, PEEK besitzt eine Reißfestigkeit von 98 MPa, als medizinisch einsetzbares Material qualifiziert. Hinzu kommt ein sehr niedriges spezifisches Gewicht von 1,30 g/cm³. Im zahnmedizinischen Kontext zeichnet sich das Material auch durch eine geringe Plaqueanlagerung aus, eine wünschenswerte Eigenschaft bei Zahnersatz.

Ein 3D-Druckverfahren, das den Anforderungen bezüglich individueller Teile entspricht, dabei äußerst materialsparend arbeitet und das Hochleistungspolymer PEEK verarbeiten kann, wird durch das Fused Filament Fabrication (FFF) Verfahren realisiert. Hierbei wird das Material in Filamentform, einer Art Kunststoffstrang, durch den Druckkopf unter Einsatz hoher Temperaturen von bis zu 500 °C geschmolzen und in verschiedenen Schichten zum gewünschten Bauteil aufgetragen. Entscheidend für die Bauteilqualität ist der kontrollierte Erstarrungsvorgang des teilkristallinen Kunststoffes. Ein Drucker, der die Voraussetzungen erfüllt, ist der Apium P155 der Apium Additive Technologies GmbH. Bislang ist dieser Drucker ausschließlich für industrielle Anwendungen konzipiert.

 

Kooperationen mit der Charité – Universitätsmedizin Berlin und Evonik sollen Medizineinsatz ermöglichen

Apium P 155 Hochleistungspolymer 3D-Drucker

Apium P 155 Hochleistungspolymer 3D-Drucker

Unter Leitung von Prof. (UH) Dr. W.-D. Müller strebt die Apium Additive Technologies GmbH eine Kooperation mit dem Center for Dental and Craniofacial Sciences der Charité Berlin an. Ziel dieser Kooperation ist es, eine Studie zur Ermittlung der Druckleistung im Dentalbereich von zugelassenen PEEK Compounds durchzuführen. Im Mittelpunkt der Studie steht ein Apium P 155 3D-Drucker, basierend auf der FFF 3D-Drucktechnologie. Er dient der Herstellung verschiedener Strukturen, dabei ist die Zugfestigkeit der Druckproben ein entscheidendes Kriterium, welche extrudierten Proben gegenübergestellt werden. Bei zufriedenstellenden Ergebnissen werden im nächsten Schritt Einzelkronengerüste hergestellt und einem Qualitätsvergleich unterzogen. Hier wird besonders auf die Dimensionsgenauigkeit und Passfähigkeit wert gelegt. Den Maßstab setzen CAD CAM gefräste Strukturen. Das Center for Dental and Craniofacial Sciences wird zu Beginn von den 3D-Druck Ingenieuren der Apium Additive Technologies GmbH in die 3D-Drucktechnologie eingewiesen und erhält Unterstützung bei den ersten Testdrucken. Durch diese Studie soll der erste Schritt gemacht werden, einen 3D-Drucker für den medizinischen Einsatz in der Dentaltechnik zu entwickeln. Ein Austausch des Know-Hows beider Seiten sowie der abschließenden Daten der Studie ist dabei ein essenzieller Faktor.

Neben einer Kooperation zur Erforschung der Möglichkeiten, die ein auf der FFF-Technologie basierender 3D-Drucker für medizinische Zwecke bietet, steht für die Apium Additive Technologies GmbH auch die Entwicklung neuer Filamente für den Einsatz in der Medizin im Vordergrund. Hierfür plant Apium eine Zusammenarbeit mit der Evonik Industries AG. Auf Grundlage des von Evonik hergestellten Hochleistungskunststoff VESTAKEEP® PEEK - eines Biomaterials für medizinische Anwendungen -  soll durch Tests herausgefunden werden, wie dieses Material als Filament in optimaler Weise mit der FFF-Technologie verarbeitet werden kann, um das Endprodukt, ein in der 3D-Druck-Technologie hergestelltes Implantat, einzusetzen. Dabei werden die verschiedenen VESTAKEEP® Klassen untersucht und gegebenenfalls modifiziert, um das gewünschte Resultat zu erreichen.

Mit Hilfe beider Kooperationen plant die Apium Additive Technologies GmbH der Vorreiter für den Einstieg in den medizinischen 3D-Druck zu werden und das Verständnis sowie die Herangehensweise an passgenaue Implantate mit dieser innovativen Lösung grundlegend zu revolutionieren.

 

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Philipp Renner philipp.renner@apiumtec.com

Kooperation mit dem Institut für Polymertechnologien e.V. im Bereich 3D-Druck

Die Apium Additive Technologies GmbH ist im Bereich des 3D-Drucks auf das vielseitig einsetzbare Fused Filament Fabrication Verfahren spezialisiert und entwickelt hierfür branchen- und kundenspezifische, industriell verwendbare Hochleistungspolymere in Form von Filamenten sowie, auf der FFF-Technologie basierende, 3D-Drucker zur Verarbeitung dieser. Dadurch lässt sich das Verfahren als Alternative zur Herstellung funktioneller Prototypen, individuellen Einzelteilen und Kleinserien einsetzen.

Als Pionier im Verarbeiten des Hochleistungspolymers PEEK (Polyetheretherketon) besitzt die Apium Additive Technologies GmbH die entsprechende materialwissenschaftliche Kompetenz zur Kooperation mit dem Institut für Polymertechnologien e.V. aus Wismar. Deren Ziel ist es, die technologische Weiterentwicklung sowie Verbreitung generativer Fertigungsverfahren voranzutreiben.

Dank eines Apium P155 Hochleistungspolymer-Druckers im Hause des IPT zur Verarbeitung von Polymeren wie PEEK, welches sowohl in industriellen als auch medizinischen Anwendungen Verwendung finden kann, lässt sich die gewünschte Weiterentwicklung der FFF-Technologie anhand eines industrietauglichen Druckers vollziehen.

Ziel der Kooperation ist das Zusammenführen des Know-Hows der beiden Akteure sowie der Austausch untereinander zur Entwicklung neuer Filamente und Verbreitung der FFF-3D-Druck Technologie für den Einsatz im industriellen Maßstab.

 

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Philipp Renner philipp.renner@apiumtec.com

Einsparpotenzial durch Supply Chain Management-Optimierungen

Der Apium Additive Technologies GmbH gelang ein entscheidender Schritt industriellen 3D-Druck mit Hochleistungspolymeren, wie PEEK (Polyetheretherketon), auf Basis des Fused Filament Fabrication-Verfahrens (FFF)  noch wirtschaftlicher zu gestalten

Das additive Fertigungsverfahren schmilzt im Herstellungsprozess einen Kunststoffstrang, um diesen in mehreren Schichten aufzutragen, und so das gewünschte Bauteil zu erzeugen. Dabei landen nahezu 100% des eingesetzten Materials im gedruckten Objekt, wodurch im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren deutlich an Materialkosten gespart werden kann. Dank Apiums Forschungen konnten so auch zum ersten Mal Hochleistungspolymere für industrielle Anwendungen verarbeitet werden. Dabei stand vor allem PEEK im Mittelpunkt, ein Polymer welches aufgrund seiner thermischen, chemischen sowie mechanischen Beständigkeit in Anwendungen verschiedenster Industriezweige eingesetzt werden kann. PEEK ist allerdings auch ein vergleichsweise hochpreisiges Material, wodurch sein Einsatz in Fertigungsunternehmen limitiert wird.

Kosteneinsparung durch Supply Chain Management

Der Apium Additive Technologies GmbH gelang es, die Kosten dank Optimierungen entlang der Supply Chain deutlich zu reduzieren und somit den Unternehmen aus der verarbeitenden Kunststoffindustrie mit einem reduzierten Preis für Apium PEEK Filamente entgegenzukommen.


„Die Resonanz bezüglich unseres PEEK Filaments bei Markteinführung vor zwei Jahren war überwältigend. Doch wir haben schnell gesehen, dass das Material günstiger werden muss, um einen wirtschaftlichen Einsatz in der Industrie zur Fertigung von Prototypen, Ersatzteilen und Kleinserien zu rechtfertigen. Wir haben in den letzten Monaten Studien im Bereich des SCM durchführen lassen und zusammen mit unserem Materialhersteller Ensinger GmbH die Abläufe über den gesamten Prozess der Herstellung und Lieferung unseres PEEK Filaments optimiert.“ So Gerhard Zaiser, Principal Account Manager von Apium.

Entscheidend waren hier vor allem die Optimierungen im Bereich der Kommunikation und Logistik. Neu entwickelte Konzepte und die Einführung eines IT-Systems gewährleisten einen deutlich effizienteren Ablauf von der Bestellung bis zur Auslieferung an den Kunden. Neben der Verkürzung der Wege konnten auch zeitkritische Stellen und unnötige Wartezeiten abgebaut werden. Die allgemeine Preisentwicklung bei der Rohware sowie die dauerhaft niedrigen Ölpreise der letzten zwei Jahre entspannten die Kostenstruktur zusätzlich. Durch die hieraus resultierenden Einsparungen konnte Apium den Preis für PEEK Filament um ca. 26% senken. Apium ist überzeugt, mit dieser Entscheidung die Anwendungsmöglichkeiten für den PEEK Filamentdruck aufgrund der höheren Wirtschaftlichkeit ausweiten zu können.

Einführung des Apium P 155 Hochleistungspolymer 3D-Druckers

„Um die Auslieferung unseres neuen Apium P 155 an die ersten auserwählten Kunden zu feiern gewähren wir für einen Monat einen zusätzlichen Rabatt von 25%! Schnell sein lohnt sich also. Wir wollen unseren Kunden damit die Möglichkeit bieten, ihre neue Fertigungstechnologie ausgiebig zu testen und einzusetzen.“ So CEO Tony Tran-Mai.

Der neue Apium P155 kann neben PEEK auch die weiteren Hochleistungspolymere aus dem Hause Apium verarbeiten und verfügt über optimierte Prozesse, wie die verbesserte Apium Controlling Software und einem Optischen Kontrollprozess zur Steigerung der Druckqualität. Die Druckdüse wurde zudem komplett neu gestaltet und lässt sich zum schnellen Umstellen auf andere Materialien in wenigen Schritten austauschen.

Dank der Einsparungen aus den SCM Optimierungsvorgängen und der aktuellen Marktlage ist die 500-Gramm-Spule von Apiums PEEK Filament nun dauerhaft für 333 € erhältlich. Dank der temporären Rabattierung aufgrund der Einführung des Apium P 155 3D-Drucksystems liegt der Preis bis zum 28. Februar sogar lediglich bei 249 € und kann über den Webshop der Apium Additive Technology GmbH unter www.apiumtec.com/de/shop bezogen werden.

 

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3D-Druck Revolution durch Know-How und starke Partner

3D-Drucktechnologien sind in den letzten Jahren mehr und mehr auf dem Vormarsch, zuletzt auch als Unterstützung und Ersatz für die industrielle Fertigung. Hierbei lassen sich 3D-Drucker vor allem in den Bereichen Forschung & Entwicklung, Prototyping oder zur Fertigung kleiner Serien und individuellen Teilen einsetzen. Eines der bekanntesten Verfahren ist die Fused Filament Fabrication (FFF) Technologie. Hierbei wird ein Kunststoffstrang mithilfe des Druckkopfes geschmolzen und Schicht für Schicht aufgetragen. Das Schichtverfahren überzeugt dabei in den genannten Bereichen durch extreme Materialeffizienz, niedrige Anschaffungs- und Instandhaltungskosten, im Vergleich einfache Bedienbarkeit sowie Erstellung komplexer Geometrien wie Überhänge und Wabenstrukturen für Leichtbauweise von Teilen. Trotz der vermeintlich simplen Funktionsweise dieses Verfahrens ist es für den Einsatz in der Industrie und Forschung dennoch entscheidend diese Technologie zu beherrschen und auch in Ihrer Entwicklung voranzutreiben.

Das Kompetenzcenter Apium Additive Technologies GmbH

An diesem Punkt greift die Apium Additive Technologies GmbH an. 2014 noch unter dem Namen Indmatec GmbH in Karlsruhe gegründet, spezialisierte man sich auf das Fused Filament Fabrication Verfahren mit dem Ziel industrietaugliche und später medizinisch einsetzbare Hochleistungspolymere zu erforschen und mit selbst entwickelten 3D-Druckern zu verarbeiten. So war es nicht verwunderlich, dass die Apium Additive Technologies GmbH als erstes Unternehmen weltweit das Hochleistungspolymer Polyetheretherketon (PEEK) nach ausgiebiger Forschung in Filamentform mit einem 3D-Drucker verarbeiten konnte. Nach und nach sollen so weitere Hochleistungspolymere für den Einsatz in Industrie und Medizin durch Erstellen von Druckprofilen verarbeitbar werden. Mit Hilfe der Kombination aus Material- und Ingenieurswissenschaften entsteht eine ganzheitliche Herangehensweise an das Thema 3D-Druck. Im Gegensatz zur Konkurrenz stehen die Materialien im Vordergrund, auf dieser Basis werden die 3D-Drucker entwickelt. Damit bietet die Apium Additive Technologies GmbH ein einzigartiges Kompetenzcenter welches sowohl optimierte Filamente und 3D-Drucker vertreibt, aber auch das notwendige Wissen und die Unterstützung für den Einsatz Ihrer entwickelten Produkte für die Anwender in der Industrie und Forschung liefert.

Vorsprung durch Vielfalt

Um als Kompetenzcenter der richtige Ansprechpartner zu sein, ist es entscheidend, eine in allen relevanten Bereichen Leistungen anbieten zu können. Nur dann lässt sich eine Beratung zur Wahl des Verfahrens und Materials in angemessener Weise durchführen. Beginnend mit den Materialien, welche in den verschiedensten Branchen eingesetzt werden können, über die 3D-Druckmodelle mit unterschiedlichen Parametersets zur Verarbeitung der Materialien, der Dienstleistung für Druckjobs zur Verifizierung der Qualität und Kennenlernen der Technologie, abgerundet durch das Angebot von Trainings, um das FFF Verfahren besser zu verstehen und einsetzen zu können.

Materialien für Apiums FFF-3D-Drucktechnologie

Das Flaggschiffprodukt, Apium PEEK 450, bietet mit seinen einzigartigen mechanischen, chemischen und thermischen Eigenschaften viele Vorteile gegenüber anderen Polymeren und eignet sich gut als Ersatz für Industriematerialien wie Aluminium und Stahl. Es erlaubt Nutzern eine Reduzierung des Gesamtgewichts, des Produktzyklus und eine verlängerte Lebensdauer. Im Vergleich zu Metallen bietet das PEEK Polymer eine größere Designfreiheit sowie eine verbesserte Leistung. PEEK überzeugt durch eine exzellente Kombination aus Festigkeitseigenschaften, Widerstandsfähigkeit und Hitzeresistenz. Es ist die optimale Materiallösung, wenn ein großer thermischer Handlungsspielraum (von -196°C bis 260°C), das Gewicht und Langlebigkeit eine besondere Rolle spielen. Dadurch lässt es sich in den Branchen Automobil, Luft- & Raumfahrt, Öl & Gas oder in der Halbleiter- & Elektroindustrie einsetzen. Aufgrund seiner Biokompatibilität und Toleranz gegenüber Gammastrahlung ist auch die Verwendung im medizinischen Sektor möglich.

Ein weiteres Hochleistungspolymer wird mit Apium PVDF 1000 geboten, Polyvinyliden Difluorid (PVDF) ist ein Homopolymer mit mittlerer Viskosität. Vergleichbar mit anderen Hochleistungspolymeren bietet es unter thermalen, chemischen oder ultravioletten Konditionen Beständigkeit. Das bedeutet, dass es mit einer Hitzebeständigkeit von bis zu 149°C fast universell gegenüber Chemikalien und Lösungen resistent ist und selbst bei langfristiger ultravioletter Bestrahlung nicht beeinträchtigt wird. Damit ist PVDF die Materiallösung für anspruchsvolle Tiefseearbeiten in der Öl- & Gasindustrie.

Apium POM-C ESD, ausgestattet mit hoher Festigkeit und E-Modul, ist aufgrund seiner Stoßfestigkeit besonders resistent gegen Materialermüdung. Aufgrund des geringen Gewichts wird es oft als Metallersatz verwendet.



3D-Drucksystem Apium P155

Alle genannten Materialien können aufgrund verschiedener angelegter Parametersets mit dem 3D-Drucker Apium P155 der Apium Additive Technologies GmbH verarbeitet werden. Dieser 3D-Drucker ist optimiert zur Verarbeitung von Hochleistungspolymeren. Ein spezieller Druckkopf, der bis zu 420°C erreichen und einfach ausgestaucht werden kann, ermöglicht, verschiedene Materialien drucken zu können. Zudem wurde ein spezielles Heizbett für die optimale Adhäsion der Polymere verbaut. Mit Hilfe der Apium Controlling Software wird die beste Druckqualität gewährleistet; eine optische Prozesskontrolle zur Überwachung des zu druckenden Bauteils ist mit inbegriffen. Der Apium P155 eröffnet einen neuen, kosteneffizienten und einfachen Weg, individuelle Geometrien inklusive komplexer Hohlräume mit einem hohen Grad an Gestaltungsfreiheit zu produzieren. Während der Extruder die Infillrate des Filaments reguliert, wird der thermoplastische Werkstoff erhitzt und von einem durch eine CAM Software kontrollierten Druckkopf platziert. Schicht für Schicht wird der geschmolzene Thermoplast der Reihe nach auf der erhärteten Werkstoffoberfläche aufgetragen. Diese Additive Fertigungstechnologie ermöglicht es, sowohl detaillierte und präzise Modelle und Prototypen, als auch Kleinserien von maßgeschneiderten Teilen für verschiedenste industriespezifische Anwendungen zu produzieren.
Die nächste Generation, der P220, wird noch 2017 erhältlich sein. Dieser wird unter anderem mit einem deutlich größeren Bauraum ausgestattet sein.
 

Apium P155 high-performance polymer 3D-printing system

Apium P155 high-performance polymer 3D-printing system


Kennenlernen der Apium FFF-3D-Drucktechnologie durch Druckaufträge

Als Verifizierung der Qualität der 3D gedruckten Bauteile bietet die Apium Additive Technologies GmbH die Möglichkeit, Druckaufträge durchzuführen. Hierbei sendet der Interessent ein 3D-Modell seines Bauteils, welches von Apiums 3D-Druck-Ingenieuren für die Technologie optimiert und im gewünschten Material verarbeitet wird. Damit lässt sich die Qualität des Apium P155 3D-Druckers und der Materialien bestätigen.

Optimale Anwendung dank Trainings

Als Unterstützung für Unternehmen der Industrie und Forschungseinrichtungen lassen sich Trainings vereinbaren, bei welchen die Materialien und der 3D-Drucker in seiner Funktionsweise vorgestellt und die Technologie mit seinen Besonderheiten erklärt wird. Damit wird gewährleistet, dass der Anwender die gewünschten Materialen in der bestmöglichen Qualität verarbeiten kann.

Starke Produktionspartner als Schlüssel zum Erfolg

Mit dem Geschäftsbereich Smart Factory der Heidelberger Druckmaschinen AG (Heidelberg) konnte ein strategischer Partner für die Industrialisierung und die Serienproduktion der nächsten Generation von 3D-Druckern, der Apium P220 Serie, gewonnen werden.
Heidelberg bietet mit seinem Kollaborationstool View2Connect eine Cloud-basierte digitale Vernetzung heutiger Prozessketten für die Produktion innovativer Produkte, über Firmengrenzen hinweg, an.
Damit setzt Apium auf die sicheren, industriellen Prozesse von Heidelberg, nutzt deren modularen Leistungen wie das Projektmanagement und das Industrial Design, die Serienproduktion inkl. der Lieferlogistik.
Die Unterstützung bei der Produktvalidierung, von Zertifizierungen und den notwendigen Zulassungen (z.B. CE, UL) runden die hohen Qualitätsanforderungen des Apium 3D-Drucksystems ab.

www.heidelberg.com

Ebenso wird die Kooperation mit der Ensinger GmbH weiter ausgebaut, um die neu entwickelten Filamente in der erforderlichen Menge zu produzieren.
Der Kunststoffverarbeiter Ensinger versorgt Apium mit qualitativ hochwertigen Filamenten, die im Extrusionsverfahren hergestellt werden. Im Zuge der Kooperation arbeiten beide Seiten intensiv an der Erforschung neuer Filamente. Diese Produkte werden bis zur Marktreife ausgiebig auf 3D-Druckbarkeit getestet.

www.ensinger-online.com

 

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3D-gedrucktes PEEK für die chemische Industrie

Einführung

In der Industrie herrschen gemischte Gefühle, was den Einsatz von 3D-gedruckten Teile für Endanwendungen angeht. Ein zentraler Grund für dieses Zögern liegt darin, dass die 3D-Druck-Technologie bisher noch nicht als ausgereiftes Fertigungsverfahren wahrgenommen wird. Selbst gegenüber high-end metallverarbeitenden Systemen ist die Industrie noch vorsichtig. Diese Vorsicht wird durch mehrere Faktoren verstärkt, wie beispielsweise Medienberichten, Materialien, Messtechnik, Qualitätssicherung, Zugang zur Technologie selbst sowie ein allgemeiner Mangel an ausführlichen Daten, die die Leistungsfähigkeit der Technologie bestätigen könnten.

Dieser Daten-Bedarf der Industrie muss daher selbstverständlich gedeckt werden; durch die Bereitstellung von Daten, die die Leistungsfähigkeit der Technologie bestätigen sowie durch die Demonstration der Herstellung von 3D-gedruckten Teilen, die den Anforderungen der Industrie entsprechen.

Die Industrieanwender müssen ebenfalls beginnen zu verstehen, dass generative Fertigungsverfahren wie der 3D-Druck, moderne Werkzeuge sind, die technisch vor allem für Aufgaben bestimmt sind, die die schnelle Herstellung kleiner Stückzahlen und eine große Anpassbarkeit notwendig machen. Der Hauptvorteil des industriellen 3D-Drucks liegt darin, die ersten physischen Teile zu niedrigen Kosten zu produzieren sowie die Gesamtzeit vom Konzept-Design bis hin zum Einsatz der Teile zu verkürzen.

Angesichts dieser Tatsachen spielen die Materialien und die Qualität der gedruckten Modelle eine zentrale Rolle dabei, die Industrie zu überzeugen, 3D-Druck-Technologien als ausgereifte Fertigungsverfahren anzunehmen.

Die Möglichkeit des 3D-Drucks von Hochleistungsthermoplasten wie PEEK, welches selbst extremen Anforderungen gewachsen ist (hohe mechanische Festigkeit, Korrosions-Beständigkeit, Abriebfestigkeit, chemische Inertheit und UV-Beständigkeit), bietet eine einzigartige Gelegenheit für die Fertigung. Funktionelle und strukturelle Modell-Designs mit Geometriekomplexitäten, welche konventionelle Herstellungsmethoden (wie z.B: Spritzgießen und CNC-Fräsen) an ihre Grenzen bringen, können nun mit einer minimalen Anzahl an Herstellungsschritten mittels 3D-Druck hergestellt werden.

 

Praktische Anwendungsbeispiele

Die Bilder in Abbildungen 1a und b zeigen ein PEEK-Modell, welches mit einem Apium P155 3D-Drucker hergestellt wurde und anschließend in einem Nachbearbeitungs-Schritt mit Messing-Tüllen versehen wurde. Der P 155 3D-Drucker wurde speziell dafür entwickelt, Hochtemperatur-Polymere zu verarbeiten. Sein mechanischer Antrieb zusammen mit der Software, die es ermöglicht, die Druckbewegungen zu generieren und präzise auszuführen, wurden ausführlich getestet, um PEEK-Teile in einer hohen Qualität zu garantieren.

(a)                                                                                                                                           (b)

Abbildung 1. Mittels Fused Filament Fabrication-3D-Drucks (FFF) hergestelltes Teil. (a) Ansicht eines gedruckten Schnittes (b) geschlossene Ansicht (Höhe: 95 mm, maximaler Durchmesser: 40 mm)

Das PEEK-Teil aus Abbildung 1 ist ein Prototyp einer Mehrkanal-Mischsäule, welches teilweise als Schnitt gedruckt wurde, um die inneren Strukturen offenzulegen. Es besitzt eine Oberflächenstruktur (Abbildung 2), die von der schichtweisen Auftragung von geschmolzenem PEEK auf spannungsfreie Oberflächen von festem PEEK erzeugt wird. Die Randzonen des PEEK sind klar definiert, was die Art der Fluiddynamik bestätigt, die vor der Erstarrung der Schmelze auftritt. Offensichtlich werden die Phasenumwandlungs-Prozesse, namentlich Keimbildung, Wachstum der kristallinen Bereiche in der Schmelze, die Erstarrungsrate und auch die Wärmeabfuhr, adäquat beherrscht und ermöglichen daher die Herstellung qualitativ hochwertiger PEEK-Teile.

Abbildung 2. Vergrößerung des Teils aus Abbildung 1: Ein Fluidmischer aus PEEK. Beachten Sie die feinen Oberflächenkontraste, welche vom schichtweisen Auftrag des PEEKs erzeugt werden.

Die PEEK-Teile in den Abbildungen 3a-d wurden ebenfalls mit einem Apium P 155 3D-Drucker hergestellt. Die Oberflächenqualität der Teile bestätigen die technische Stabilität und die Zuverlässigkeit des P 155-Druckers. Alle Teile stellen funktionsfähige Komponenten dar, die im chemischen Sektor eingesetzt werden können.

Rolle des 3D-Druckens in der chemischen Industrie

Computer-Simulationen in den Bereichen Fluiddynamik, Rheologie und chemische Prozessstudien haben in den vergangenen 30 Jahren Entwicklungsaktivitäten im Bereich der Verfahrenstechnik dominiert. Während dieser Ansatz wertvolle Kosteneinsparungen bei der Finanzierung und der Zeit mit sich bringt, besteht nach wie vor die Notwendigkeit, Einheitsoperationen oder Einheitsprozesse physisch zu modellieren, um konstruktionsbasierte Einschränkungen mit Hilfe von computergestützten Werkzeugen unlösbar zu überwinden. Aus diesem Grund greifen die Ingenieure immer noch auf den Bau von Miniaturanlagen zurück, um ihre Entwürfe in realen Lebensumständen zu testen.

Abbildung 4. 3D-gedruckte Zahnradpumpe mit Zahnrädern aus PEEK. Das Gehäuse wurde aus transparentem Polyamid-6 (PA6) gedruckt.

Genau hier kann ein Fertigungsverfahren wie der 3D-Druck eine entscheidende Rolle spielen. Indem Sie die Teile für eine Miniatur- oder Pilotanlage 3D-drucken, können Ingenieure viel Zeit, Rechenaufwand und Investitionskosten für die Anlagenentwicklung sparen. Anlagenkomponenten (Abbildung 4) wie Trenneinheiten, Kompressoren, Lagertanks, Rohrleitungen, Pumpen und Ventile können als verkleinerte Modelle gedruckt werden und als reale funktionstüchtige Teile in der Anlagenentwicklung getestet werden. Gelenke, Verbindungen oder Punkte, an denen Teile miteinander gekoppelt werden, können vermieden werden, da es möglich ist, die gesamte Vorrichtung in einem Stück zu drucken.

Zum Beispiel kann PEEK, dessen Eigenschaften es sehr attraktiv machen, für Anwendungen in chemischen Anlagen z.B. in Reaktionsbehältern mit extremen pH-Umgebungen, verwendet werden. Seine mechanische Festigkeit macht es außerdem reizvoll für Öl- und Gasanwendungen. Die Tatsache, dass der 3D-Druck heute fähig ist, metallische Teile zu drucken sowie Teile aus technischer Keramik oder Hochtemperatur-Polymeren, bezeugt die einzigartige Entwicklung dieses Verfahrens und die herausragenden Chancen für die Industrie, hochspezialisierte Teile zu entwickeln mit der Hoffnung, dass deren Fertigung möglich ist.

Einige praxisrelevante Daten

Daten helfen, das Vertrauen zu gewinnen, das nötig ist, um 3D-Druck-Technologien als Mainstream-Technologien in der Fertigung zu verankern. Allerdings ist die Menge an Daten, die nötig ist, um das Vertrauen in die industrielle Anwendung des 3D-Drucks zu gewinnen, unverhältnismäßig groß. Einige der vielen Gründe hierfür sind: (i) Druckerhersteller veröffentlichen nicht alle Informationen über die Qualität der Teile, die von ihren Druckern hergestellt werden; oft werden nur Daten veröffentlicht, die hilfreich sind, den kommerziellen Erfolg zu sichern. (ii) der Großteil an Forschungsgruppen, welche 3D-Drucker in ihren Laboren verwenden, testen die gedruckten Teile nicht hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit, sondern sind eher darauf fokussiert, dass die Prototypen Form- und Geometriebedingungen genügen (iii) ein großer Teil der 3D-Druck-Benutzer sind private Nutzer aus der Maker-Community, welche 3D-Druck als Hobby betreiben und wenig oder keinen Zugang zu den Testanlagen haben. Diese sind jedoch nötig, um der wertvollen Entwicklungsarbeit im Bereich des 3D-Drucks Glaubwürdigkeit zu verleihen. Die Tatsache, dass sich einige Druckerhersteller in Schweigen hüllen, was die Testergebnisse von Teilen aus eigenen Maschinen angeht, wirft Fragen auf bezüglich der Qualitätssicherung, Reproduzierbarkeit der Eigenschaften der gedruckten Teile, Verlässlichkeit des 3D-Druckprozesses und natürlich bezüglich der Existenz von messbaren Kennzahlen, um die Festigkeit der 3D-gedruckten Teile zu vergleichen.

In den vergangenen 5 Jahren gab es im Bereich der generativen Fertigung ein großes Interesse, die Verarbeitbarkeit von Materialien, die in sicherheitskritischen Anwendungen verwendet werden, zu erforschen. Faserverstärkte Polymer-Materialien, Kompositmaterialien mit Nanomaterialien wie Kohlenstoff-Nanoröhrchen, moderne Materialien wie Formgedächtnislegierungen und Materialien, die in menschlichen Implantaten verwendet werden, wie zum Beispiel Titan-6-Al-4-V (Ti6Al4V) und PEEK, sind wegweisend unter diesen. Die Schwelle für eine neue Technologie wie den 3D-Druck ist verständlicherweise hoch, da neuen Gewohnheiten, Methoden oder Verfahren allgemein Zweifel, Vorsicht und ein allgemeines Gefühl der Unsicherheit entgegenschlagen, besonders in einer eher konservativen Industrie wie die dem fertigenden Sektor. Mit diesem Gedanken im Hinterkopf ist es unerlässlich, experimentell gewonnene Daten zu veröffentlichen, die auf die Leistungsfähigkeit der 3D-Druck-Systeme schließen lassen.

Abbildung 5. Diagramm der Zugfestigkeit und Zugdehnung für PAEK-Teile, die mittels verschiedener Herstellungsverfahren produziert wurden.

Abbildung 5 zeigt die mechanischen Eigenschaften von PAEK-Teilen (PEEK und PEKK sind chemische Ableitungen von PAEK), die mittels verschiedener Verfahren hergestellt wurden. Im Allgemeinen setzen in der Industrie Teile aus dem Spritzguss die Standards für Datensätze. Das Diagramm in Abbildung 5 zeigt, dass hier klare Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften bestehen, wobei spritzgegossene und FFF-3D-gedruckte Teile überlegene Festigkeiten aufweisen.

In der Vakuum-Technologie, in der chemische Inertheit, hohe Festigkeit und Ausgasung kritische Eigenschaften sind, hat PEEK Anwendung in den Bereichen Abdichtungen, Dichtungsringen, Material für Anwendungen mit geringer Belastung und als Substrat für aktive Reagenzien gefunden. Abbildung 6 stellt die Ausgasungs-Ergebnisse von 3D-gedrucktem PEEK dar, das unter Vakuum-Bedingungen getestet wurde. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Ausgasungsrate nach 18h im Vakuum 5x10-7 mbar l/cm-2 s-1 beträgt. Wenn das Material vor dem Test 12h bei 150°C ausgeheizt wurde, beträgt diese Rate noch 4.1x10-11 mbar l/cm-2 s-1. Werte, welche Einsätzen im Hoch- und Ultrahochvakuum genügen.

Restgasanalysen-Scans der PEEK-Proben zur Erforschung der Gase zeigten, dass die hauptsächlich ausgegasten Spezies Wasserstoff, Wasser und Kohlendioxid sind. Diese kommen höchstwahrscheinlich vom heißen Filament im Restgasanalysator.

Abb 6.png

Abbildung 6. Testergebnisse des Ausgasens von 3D-gedrucktem PEEK unter Vakuumbedingungen.

Zusammenfassung

Der 3D-Druck hat seinen Platz in der chemischen Industrie – daher müssen wir daran arbeiten, diese Nische zu identifizieren. Im medizinischen Sektor werden bereits 3D-Druck-Werkzeuge für die Herstellung von patienten-spezifischen Implantaten angewandt, indem MRT- oder CT-Daten als Eingabedaten für den 3D-Drucker verwendet werden. Können Computer-Modelle der Prozessanlagen verkleinert und anschließend 3D-gedruckt werden? Können wir unsere digitalen Arbeitsabläufe verbessern, sodass wir Designs erhalten, mit denen wir anschließend 3D-Modelle der Anlagen drucken und testen können? Können 3D-Drucker dazu verwendet werden, Ersatzteile zu produzieren, um unsere alternden Anlagen länger betriebsfähig zu halten oder für die Herstellung neu entwickelter Komponenten-Designs, die die Leistungsfähigkeit der Anlagen verbessern? Die Autoren glauben, dass im Einsatz von 3D-Druck-Technologien neue Chancen für die Anlagen-Konstruktion, den Betriebsablauf und die Prozessoptimierung liegen.

 

Danksagung

Wir möchten der Hochschule Merseburg danken für die mechanischen Testergebnisse des FFF-3D-gedruckten PEEK und Hr Andy Stallwood von Diamond Light Sources Ltd UK für die Vakuum-Test-Daten

Autoren: Uwe Popp, Julian Scholz, Brando Okolo, Hannes Radenbach (Übersetzung)
Kontakt:
Prof. Dr. Brando Okolo brando.okolo@apiumtec.com

Die nächste industrielle Revolution für FFF 3D gedruckte Hochleistungspolymere

Die nächste Generation an Hochleistungspolymer 3D-Druckern „Apium P155“

Die nächste Generation an Hochleistungspolymer 3D-Druckern „Apium P155“

Oftmals gehen mit Wachstum neue Verantwortungen, Herausforderungen und Möglichkeiten einher, sowie die Chance Änderungen vorzunehmen, welche das Wachstum wiederspiegeln. Indmatec wird sich umgestalten um mit dem neuen Namen „Apium Additive Technologies GmbH“ noch globaler zu agieren. Indmatecs globale Marktführung und Pionierrolle im Bereich der Verarbeitung von Hochtemperatur-Polymeren durch die Fused Filament Fabrication (FFF) 3D-Druck Technologie wird nun in Apium weitergeführt. Um diese Marktführung zu festigen und zu stärken arbeitet Apium nun mit der Heidelberger Druckmaschinen AG zusammen; ein unbestreitbarer und namhafter Marktführer für industrielle 2D Off-Set Drucker, um Apiums patentierte Technologie mit einer neuen Generation von 3D-Druckern für Unternehmen auf den Markt zu bringen. Diese Zusammenarbeit stattet Apiums 3D-Drucker mit einem Qualitätssiegel aus, welches für die innovative Arbeit des Teams bei Apium und den industriellen Ansatz der 3D-Drucker spricht. Um die Wertschöpfungskette innerhalb des Gebiets der additiven Fertigung zu optimieren, wird unser Geschäftsbereich Materialien nun noch wirksamer durch die Zusammenarbeit mit der Ensinger GmbH; einem Meister in der Welt der Polymerextrusion verstärkt. Diese, von Material beherrschte, Zusammenarbeit spiegelt den Kern unserer Geschäftsphilosophie wieder, bei welcher ein tiefergehendes Verständnis von Materialien den Ton angeben, wenn es um 3D-Drucker Entwicklung geht.

Zwei Jahre Fokussierung auf das Verständnis der Rolle der Materialwissenschaft und Ingenieurwesen hat unser Team zu dem Punkt geführt, einen FFF 3D-Drucker zu entwickeln, welcher die Ansprüche an industrielle Fertigung erfüllt.


Auf der Formnext 2016 powered by TCT werden die beiden neuen Generationen von FFF 3D-Druckern, „Apium P155“ und „Apium P220“, zur Verarbeitung von Hochleistungspolymeren, welche den industriellen Anwendungsansprüchen genügen, erstmals vorgestellt. Besuchen Sie uns auf der Formnext vom 15. Bis 18. November in Halle 3.1 am Stand B40C um die auf dem aktuellsten Stand der Technik befindliche Verarbeitung von Polymeren mittels FFF 3D-Drucktechnologie zu erleben.  

 

Kontakt:
Philipp Renner philipp.renner@apiumtec.com

Erfolgreicher WECONOMY Wettbewerb

WECONOMY ist ein Wettbewerb für die innovativsten Start-Ups aus Deutschland, gegründet von der Wissensfabrik – Unternehmen für Deutschland e.V.. Mit etwa 120 Mitgliedern von verschiedenen Branchen unterstützen sie deutsche Unternehmen sowie Start-Ups und stellen Verbindungen zu bereits etablierten Firmen her.

Mit ihrem jährlichen Wettbewerb WECONOMY eröffnen sie Newcomern und jungen Unternehmen die Möglichkeit sich vor einer Jury aus Managern, Experten und Gründern zu präsentieren. Nachdem sie nach den Kriterien Innovationsgrad, Marktpotenzial, Kundennutzen und Gründerteam bewertet wurden, werden die Gewinner ausgewählt.

Indmatec verkündet stolz den Gewinn des WECONOMY Wettbewerbs!

Dieses Jahr ist Indmatec eines der Neun Start-Ups, welche das WECONOMY Event gewonnen haben und sich nun in der glücklichen Lage befinden Erfahrungen und Know-How von Top Managern von Bosch, Daimler, KPMG, BASF und vielen anderen über die nächsten Wochen und Monate zu erhalten. Das Wissen über den Bereich Marketing & Sales oder Wachstumsstrategien sind genauso Teil der Unterstützung wie Coaches für das Zusammenstellen eines schlagkräftigen Teams, Managern als Mentoren und ein ausgezeichnetes Netzwerk um das Unternehmen weiter anzutreiben. Indmatec wird in Zukunft alle neuen Ideen und Vorschläge, welche sie als Teil des Preises für den Gewinn des Wettbewerbs erhalten, so gut es geht umsetzen.

 

Impressionen eines get-together mit Top Managern und Gesprächen über die Möglichkeiten die mit einem 3D-Drucker, welcher Hochleistungspolymere verarbeiten kann, einhergehen:

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Philipp Renner philipp.renner@apiumtec.com

Testdaten von 3D gedrucktem PEEK und seine herausragenden Eigenschaften

Seit additive Fertigungsmethoden in den vergangenen Jahren mehr und mehr genutzt werden, ist das größte Hindernis, dass die verschiedenen Methoden davon abhält für industrielle Anwendungen eingesetzt zu werden, die limitierte Auswahl an Materialien, welche verarbeitet werden können. Für das bekannte Fused Filament Fabrication-Verfahren (FFF) bspw., wie es auch von vielen Anwendern privat genutzt wird, gab es lange lediglich einfache Polymere wie ABS, die nur für Modelle und nicht für industrielle Teile eingesetzt werden können. Durch die Kombination des Hochleistungspolymers Polyetheretherketon (PEEK) mit der additiven Fertigung wie FFF, kann die Technologie in Industrien wie Automobil, Öl & Gas, Medizin oder Hableiterherstellung eingesetzt werden, um komplexe Geometrien oder individuelle Teile mit geringerem Materialeinsatz zu erstellen.

Diese Vielfalt an verschiedenen Anwendungen ist möglich dank der großartigen Eigenschaften von PEEK. PEEK ist eines der strapazierfähigsten Polymere und kann mit Metallen wie Aluminium verglichen werden. Dank seines sehr hohen Schmelzpunktes von 343 °C und einer Gebrauchstemperatur zwischen -196 °C und 260 °C kann es in vielen extrem anspruchsvollen Umgebungen genutzt werden, wie bspw. Antriebssträngen in Automobilen. Mit seiner hohen Temperaturresistenz, geringem Gewicht, guter Abnutzungsresistenz und chemischer Inertheit kann PEEK Metalle in diesen anspruchsvollen Umgebungen ersetzen um Gewicht zu sparen und Flugzeuge oder Automobile effizienter zu machen. PEEK profitiert auch von seiner strukturellen Standhaftigkeit bei einem Druck bis zu 200 MPa, es ist daher optimal für Motoren oder Dichtungen. Dank seiner Festigkeit kann PEEK auch in Leichtbaukonstruktionen verwendet werden, da durch die Verarbeitung mit dem FFF Verfahren ohne großen Aufwand Honigwaben Strukturen erzeugt werden können.

Ein weiteres Hindernis, weshalb 3D-Druck noch nicht in großem Maßstab für industrielle Fertigung verwendet wird, ist das Fehlen relevanter Forschungsdaten. Daten, die klar darstellen, was der 3D-Druck mit Hochleistungspolymeren leisten kann. Um das Misstrauen, die Unsicherheit und die Vorsicht, die neuen Technologien generell entgegenschlägt zu überwinden, müssen Daten veröffentlicht werden, die diese Technologie unterstützen.

Abbildung 1 zeigt einen Vergleich der Zugfestigkeit (tensile strength) und Gesamtdehnung (total strain) von PAEK-Teilen (PEEK und PEKK sind chemische Derivate von PAEK), hergestellt mit den verschiedenen Fertigungsverfahren Selektives Lasersintern (SLS), Spritzguss (IM) und dem Fused Filament Fabrication-Verfahren mit einem Indmatec HPP 155-Drucker (Indmatec FFF). Im Allgemeinen sind die Industrie-Benchmarks für Polymere Datensätze von spritzgegossenen Teilen. Bedenkt man dies, zeigt der Plot von Abbildung 1, dass es eindeutige Unterschiede bei den mechanischen Eigenschaften gibt und sich spritzgegossene Teile sowie FFF-3D-gedruckte Teile mit überlegener Festigkeit hervorheben.

Abbildung 1: Vergleich der Zugfestigkeit und Gesamtdehnung

Abbildung 1: Vergleich der Zugfestigkeit und Gesamtdehnung

Diese Daten zeigen, dass FFF-3D-gedrucktes PEEK für industrielle Anwendungen verwendet werden kann. Zusammen mit seinen Eigenschaften ist das Material passend für Anwendungen, bei denen Materialien gesucht werden, welche ihrer anspruchsvollen Umgebung standhalten. Kombiniert mit 3D-Druck ermöglicht es den verschiedenen Industrien, Hochleistungskunststoffe in einer material- und kostensparenden Weise zu verarbeiten. Individuelle, komplexe Teile können einfacher und mit weniger Aufwand hergestellt werden.


Kontakt:
Philipp Renner philipp.renner@apiumtec.com

3D Druck und Additive Fertigung für PEEK Teile in der Öl & Gas Industrie

Oft wird fälschlicherweise angenommen, dass jeder 3D Drucker jedes denkbare solide Objekt herstellen kann.  Dies entspricht jedoch nicht der Wahrheit; tatsächlich gibt es 8 verschiedene Arten von 3D-Druck Technologien. Jede dieser Technologien ist auf 3D Drucker für eine bestimmte Materialklasse beschränkt, wodurch verschiedene mechanische Leistungen für die herzustellenden Teile geliefert werden. Obwohl der 3D-Drucker immer noch eine relative junge Herstellungsmethode ist, weisen die Technologien nun schon 30 Jahre Praxisbezug auf, welche beweisen, dass sich der 3D-Druck zu einem Werkzeug zur Herstellung von hochkomplexen, hochwertigen, ingenieurkritischen Teilen entwickelt hat. 3D-Druck Technologie wird beispielsweise von der Flugzeug Industrie zur Herstellung verschiedener Teile verwendet, darunter auch sicherheitskritische Teile die in Passagierflugzeugen eingesetzt werden. Ebenso wird sie im medizinischen Sektor eingesetzt, um patientenspezifische Implantate für Langzeitanwendungen in der Humanmedizin herzustellen. Die Einstiegslevel für 3D-Druck Technologie in den vielfältigen high-end Industrien sind verständlicherweise verschieden, aber es gibt Kennzeichen denen es zu folgen gilt.

Das Material PEEK (Polyetheretherketon) bspw. wurde in der Vergangenheit schon im Öl und Gas Sektor, aufgrund seiner verschiedenen nützlichen Eigenschaften, eingesetzt. PEEK bringt Eigenschaften mit, welche es befähigen in extrem anspruchsvollen Betriebsumgebungen eingesetzt zu werden. Einige dieser Eigenschaften sind:

- Beständige mechanische Leistung von -196 °C (-321 °F) bis 260 °C (500 °F)
- Struktur hält einen Druck bis zu 200 MPa (~29000 PSI) aus
-Anitkorroisions-Eigenschaften gewährleisten mechanische Stabilität und die Oberflächendynamik bleibt sowohl in Salzwasser als auch in Kohlenwasserstofffluid Umgebungen gemäß NORSOK beständig
- Technisch marginaler (~25%) Verlust der Zugfestigkeit bei Aussetzung von 100% Schwefelwasserstoffgas unter relativ hohen Temperaturen (220 °C) und Druck (~4.5 MPa)


Diese Eigenschaften machen die Verwendung von PEEK attraktiv für Komponenten welche Bohrungsausrüstung unterstützen wie Dichtungssysteme, Verschlüsse, Zahnräder, Gas-Trennsysteme, Laufräder, Stecker, Röhren und Gehäuse.

Erst seit kurzem ist es möglich PEEK Teile mit additiven Fertigungsmethoden wie dem sogenannten Fused Filament Fabricaion (FFF), einer 3D Druck Technologie, herzustellen. Der 3D Drucker, welcher für diesen Prozess entwickelt wurde, ist transportabel und leicht bedienbar. Ein solcher 3D Drucker kann an Land, Off-Shore oder abgelegenen Orten eingesetzt werden, wo Öl und Gas Anwendungen extrem zeitkritisch sind. Ein offensichtlicher Vorteil ist, dass die Zeiten um wartungsbasierte Ziele zu realisieren signifikant verkürzt werden können; besonders bei Zielen, welche vom Einsatz von Teilen aus verhältnismäßig weit entfernten Lagern oder Zulieferern abhängig sind und dringend gebraucht werden um die Produktion ohne Unterbrechungen am Laufen zu halten. Ein 3D Drucker vor Ort kann eine Mannschaft bei der schnellen Herstellung von Ersatzteilen oder Zusatzteilen verstärken um Bedien- und Produktionsebenen in Stand zu halten.

Abbildung 1 zeigt für die Öl und Gas Industrie relevante 3D gedruckte PEEK Teile.

 

Hochleistungspolymere für Anwendungen im Öl- und Gassektor>

 

Kontakt:
Prof. Dr. Brando Okolo brando.okolo@apiumtec.com