Composite Extrusion Modeling (CEM) Neue Druckkopf-Generation für das CEM-Verfahren

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

AIM3D hat für seine Multimaterial-3D-Drucker einen neuen Extruder entwickelt. Dessen verschiedene Druckkopfversionen können Metall-, Kunststoff- und Keramikgranulate genauer und schneller als bisher verarbeiten. Prototypen sind so im selben Material möglich wie im späteren Serienverfahren.

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Der für das CEM-Verfahren entwickelte E2-Extruder soll höhere Aufbaugeschwindigkeiten und eine verbesserte Bauteilgüte bieten.
Der für das CEM-Verfahren entwickelte E2-Extruder soll höhere Aufbaugeschwindigkeiten und eine verbesserte Bauteilgüte bieten.
(Bild: AIM3D)

Nach Angaben von AIM3D ist der CEM-E2 Extruder mit seinen Drückköpfen auf Werkstoffgruppen abgestimmt. So wurde der Extruder für metallgefüllte Werkstoffe (MIM-Granulat) mit einem Druckkopf der Version “M” (Metals) ausgelegt. Der Druckkopf “P” (Plastics) kommt für ungefüllte und gefüllte Kunststoffe zum Einsatz. Für keramisch gefüllte Werkstoffe (CIM-Granulat) mit höherer Abrasion wurde der Druckkopf „C“ (Ceramics) entwickelt. Die neuen Extruder/Druckköpfe sollen sich durch eine deutlich verbesserte Fördergenauigkeit auszeichnen. Dies ermögliche eine höhere Oberflächengüte und bessere mechanische Eigenschaften des Bauteils, heißt es. Auch konnte die Extrusionsgeschwindigkeit um mehr als 200 Prozent gesteigert werden.

Die Neuentwicklung betrifft sowohl die Materialzuführung, als auch eine optionale Wasserkühlung und eine verbesserte Halterung für das Schnellwechselsystem.

Clemens Lieberwirth, CTO bei AIM3D

Der Charme der CEM-Technologie liegt in der materialübergreifenden Verwendung einer Additive Manufacturing Anlage und dem Einsatz von Standard-Granulaten. Das reduziert die Kosten und verringert die Aufbauzeiten eines Bauteils.

Das Composite Extrusion Modeling (CEM-Verfahren)

Das Composite Extrusion Modeling (CEM-Verfahren) kombiniert den Metallspritzgussprozess (MIM-Verfahren) mit dem Fused Deposition Modeling (FDM-Verfahren). Dabei wird nur der Kunststoffanteil aus dem MIM-Granulat aufgeschmolzen. Das durch Kunststoff gebundene Metallpulver formt so einen Grünling, der im weiterführenden Prozess vom Kunststoff entbindert und abschließend gesintert wird. Dadurch verbinden sich die Metallpartikel auf molekularer Ebene und bilden ein stabiles Metallteil. Die durch das Verfahren bedingte Schrumpfung kann durch eine einfache Skalierung der Druckgeometrie berücksichtigt werden.

3D-gedruckter Kühlmittelverteilerstutzen

Der Kühlmittelverteilerstutzen wurde im CEM-Verfahren auf Spritzgießgranulatbasis aus PPS GF 40 Type Fortron 1140L4 von Celanese hergestellt.
Der Kühlmittelverteilerstutzen wurde im CEM-Verfahren auf Spritzgießgranulatbasis aus PPS GF 40 Type Fortron 1140L4 von Celanese hergestellt.
(Bild: AIM3D)

Mit dem neuen CEM-E2 Extruder gelang nun eine Bauteilentwicklung in PPS GF 40. Verwendet wurde ein Polyphenylensulfid (PPS) von Celanese. Die Type bietet neben guten Basiseigenschaften wie einem hohen Flammschutz eine Vielzahl von Vorteilen, um gezielt Eigenschaften wie Leitfähigkeit, Wärmeausdehnung oder Reibverhalten maßzuschneidern. Zudem bietet sie eine extrem hohe Medienresistenz, da PPS kaum Wasser aufnimmt.

Die Entwicklungspartnerschaft zwischen AIM3D und Schaeffler sah vor, einen Kühlmittelverteilerstutzen als 3D-Bauteil zu entwickeln. Da der CEM-E2-Extruder das identische PPS drucken kann, das im späteren Spritzgießen verwendet wird, konnte auch für den 3D-Druck das PPS GF 40 gewählt werden. Normalerweise wäre die Alternative für den 3D-Druck ein PA6 30GF (Polyamid) gewesen, da es kein PPS mit Glasfaser als Filament oder Pulver für den 3D-Druck gibt. Die reinen Fertigungskosten für das Bauteil (Maschinenstunden + Material) lagen bei ca. 70 €, die Druckzeit bei 12 Stunden.

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