Metall von der Spule: So funktioniert FFF-Metalldrucken

Vom Vierfachdruckkopf bis zum Kombidrucker für das FFF-Metalldrucken: Der kaufmännische Geschäftsführer von Multec, Manuel Tosché, war gut vorbereitet nach Frankfurt am Main gereist. Im Gepäck hatte er neben den schon bekannten FFF-Druckern (FFF = Fused Filament Fabrication, Schmelzschichtverfahren) M500 und M800 noch einen „kleinen“ Drucker auf den Messestand gestellt, der viel Aufmerksamkeit erregte – den M4 Metal.

Damit hat das Unternehmen einen ersten Metall-FFF-3D-Drucker im Produktportfolio. Auf den ersten Blick zeigt sich, dass der Neue mit einem identischen 4-fach-Druckkopf (Extruder) ausgestattet ist, wie etwa der M500 – dem sogenannten 4Move. Doch der Druckkopf selbst wird bei Multec beständig weiterentwickelt, seien es die Düsen selbst oder deren Beheizung. Auf dem Messestand lief neben dem M4 Metal deswegen auch der neue Highflow-Druckkopf, der rasend schnell ein dünnwandiges Bauteil aus dem transparenten Multec-PETG-Material druckte. Hier zeigt sich, dass Hardware- und Materialentwicklung beim FFF-Druck perfekt ineinandergreifen müssen, wenn es um das bestmögliche Druckergebnis geht. Durch diese Entwicklung sind heute Druckgeschwindigkeiten und -Ergebnisse für eine wirtschaftliche Serienfertigung machbar. Hinzu kommen immer mehr Automatisierungskomponenten, um bisher notwendige manuelle Vor- oder Nacharbeiten am gedruckten Bauteil zu reduzieren, wenn nicht gar zu eliminieren.

Zurück zur Multec-Drucker-Neuheit: „Der M4 Metal ist mit einer Bauraumheizung ausgestattet und einem Kombidruckkopf (einem patentierten Vierfach-Druckkopf für den Druck von Metall-, Keramik- und Kunststoff). Zudem verfügt er über einen verbesserten Vorschub. Das FFF-Druckverfahren ist um einiges günstiger als das Lasersintern (im Pulverbettverfahren)“, so Manuel Tosche, der dann auf das Material zu sprechen kommt, das BASF zuliefert: „Das Filament, ein BASF Ultrafuse 316L besteht zu rund 90 Prozent aus Edelstahl und zu 10 Prozent aus dem Bindemittel POM, einem Polymerkunststoff. Daraus drucken wir einen sogenannten Grünling. Dann gehen die gedruckten Bauteile zu einem Partnerunternehmen von BASF. Dort wird der Binder herausgelöst und der Grünling im Ofen gesintert. Nach nur wenigen Tagen erhält der Kunde dann sein fertiges Metallbauteil.“ Natürlich lohnt sich dieses Metalldruckverfahren eher für kleinere Bauteile – Manuel Tosché erachtet hier eine Würfelkantenlänge von maximal 100 mm als sinnvoll. Auch in Sachen Genauigkeit, kann dass FFF-Verfahren sicher nicht mit dem Selektiven-Lasersintern (SLS) oder dem Direkt-Metall-Druck (SLM, selektives Laserschmelzen) mithalten, doch allein die Investitionskosten für solche SLS- oder SLM-Anlagen sprengen vielfach das Budget interessierter Unternehmen. Hinzu kommt der Umstand, dass das Metallpulver sicher gehandhabt werden muss, damit die Mitarbeitenden dieses nicht einatmen können oder dieses auf die Haut gelangt – schließlich handelt es sich hier um Partikel mit Korngrößen bis ca. 60 μm Durchmesser.

All diese Sicherheitsmaßnamen und die aufwändigere Materiallogistik entfallen beim FFF-Druck zur Gänze, denn das auf Spulen aufgerollte Filament ist eben fest und nicht pulverförmig. Übrigens, als Stützmaterial für das FFF-Metalldrucken dient ein Keramikwerkstoff. Stützstruktur und Bauteil werden hier gleichzeitig gedruckt, um den Verzug der oft komplexen Werkstückkonturen so gering als möglich zu halten. So kann nun auch auf einem FFF-Drucker schon sehr genau gedruckt werden, zumal auch hier Schichtdicken im Bereich von 5 bis 20 Hundertsteln mm üblich sind. Interessant sind auch einige Details des neuen ­„M4 Metal“-Druckers außerhalb des Arbeitsraums: Der Spulenkern und die Aufhängung der Spule in der Abspulvorrichtung sind ebenfalls 3D-Druckbauteile – aus Kunststoff.

„Das ist viel günstiger, denn als Achse nehmen wir ein günstiges Standardbauteil und setzen darauf einfach den teilbaren Spulenkern“, erläutert Manuel Tosché. Er zeigte das Gesagte dann auch gleich praktisch. Mit nur einem Handgriff kann die Spule, die rechts neben dem M4 Metal-Drucker angebracht ist, entnommen werden. aufgedreht werden (Bajonettverschluss) und schon kann die Spule ausgewechselt werden. „Die gedruckten Bauteile stellen wir natürlich in Serie her“, fügt Manuel Tosché hinzu.

Dass dies mit den Multec-Mehrfachdruckköpfen natürlich rasend schnell gelingt, hat das Unternehmen inzwischen vielfach bewiesen. Spannend bleibt, wie der Vierfach-Druckkopf 4Move sich weiterentwickeln wird. Kann man ihn vielleicht irgendwann auch einzeln erwerben und auf einer herkömmlichen Werkzeugmaschine einsetzen? Werden der 3D-Druck und die spanende Werkzeugmaschinen weiterhin noch näher zusammenrücken und in Zukunft verstärkt in einer Fertigungslinie zusammenarbeiten? Wie kann weiter automatisiert werden, um den ganzen Fertigungsprozess noch zu beschleunigen, wie es Großserien erfordern?

Auf der Formnext wurden dazu sicher einige Gespräche geführt. Sicher kann man die gemeinsame Zukunft von 3D-Druck und spanender Bearbeitung unter Einbindung von Robotern schon an Entwicklungen der Steuerungstechnik ablesen. Sie wird das Bindeglied werden müssen, sodass der Maschinenbediener von der Werkzeugmaschine über den Drucker bis zum Roboter möglichst alles mit einer Steuerung „erschlagen“ kann. Die Entwicklung innerhalb des FFF-3D-Drucks, also des Druckens mit Filament, wird derzeit maßgeblich auch von der Materialentwicklung mitgeprägt. Da geht Multec-Lieferant BASF 3D Printing Solutions sehr, sehr engagiert zu Werke. Neben dem Edelstahl-Filament BASF Ultrafuse 316L sind weitere Metallfilamente ganz sicher bald zu erwarten.

Damit gewinnt das FFF-Druckverfahren weiter an Bedeutung, denn neben einer ganzen Reihe an Kunststoffen (auch mit Glasfaser- oder Carbonfaseranteilen) mutiert das Verfahren durch den Einsatz von Metallfilamenten zur günstigen Alternative der komplexen und teuren SLS- und SLM-Drucker – mit den genannten maßlichen Einschränkungen. Bei Multec jedenfalls, lassen sich solche Entwicklungen bestens beobachten, denn das rührige Unternehmen ist immer vorne mit dabei, wenn es um Zukunftsentwicklungen geht. Mit dem vorgestellten M4 Metal-Drucker von Multec, der speziell für den Metalldruck konzipiert ist, wird das Metall von der Spule sicher bald Tausendfach eingesetzt werden. Dafür sprechen allein schon die „niedrigen“ Investitionskosten.