Industrieller 3D-Druck
Stablie Prozesse trotz abrasiver Filamente
Abrasive Materialien bringen konventionelle Druckdüsen schnell an ihre Grenzen. Mit DIANOZ setzt Mach-3D auf eine verschleißstabile Lösung für reproduzierbare Druckprozesse – und integriert die Diamant-Düse künftig serienmäßig in seine Systeme.
Mach-3D vereint mehrere additive Fertigungstechnologien unter einem Dach: Seit 2024 betreibt das Unternehmen vor den Toren Kiels FDM-, SLA- und SLS-Anlagen für die Prototypenfertigung und Serienproduktion. Ergänzend entwickelt und fertigt Mach-3D eigene industrielle 3D-Drucksysteme, mit denen Funktionsbauteile, Vorrichtungen, Gehäuse, Maschinenkomponenten und großformatige technische Bauteile gedruckt werden. Als Werkstoffe kommen dabei hauptsächlich technische Kunststoffe und glasfaserverstärkte Materialien zum Einsatz.
Abrasive Materialien als Herausforderung
Die Ansprüche sind hoch – vor allem an einen kleinen, aber zentralen Teil des 3D-Druckers: Die Druckerdüse. „Für uns stehen vor allem Prozesssicherheit, Verschleißfestigkeit und eine gleichbleibend hohe Druckqualität im Vordergrund“, erklärt Erik Dieckmann, Geschäftsführer von Mach-3D. „Die Düse muss auch bei abrasiven Werkstoffen über lange Zeit ein konstantes Austragsverhalten gewährleisten. Darüber hinaus erwarten wir eine hohe Maßhaltigkeit der Bauteile, saubere Oberflächen und die Möglichkeit, auch größere Materialdurchsätze für industrielle Anwendungen zuverlässig zu realisieren.“ Und genau da liegt oft der Knackpunkt, wie Dieckmann aus Erfahrung weiß: „Die größte Herausforderung liegt in der hohen Abrasivität glasfaserverstärkter Materialien. Herkömmliche Düsen verschleißen hier relativ schnell.“
In der Praxis führte das bei Mach-3D häufig zu instabilen Prozessen. Der Düsendurchmesser änderte sich mit der Laufzeit und damit auch das Extrusionsverhalten der Düse. Die Folge: Qualitätsschwankungen, zusätzlicher Prüfaufwand und ungeplante Stillstände. Besonders bei großformatigen Bauteilen mit langen Druckzeiten von Stunden oder sogar Tagen sowie bei Projekten mit hohen Anteilen glasfaserverstärkter Materialien wurden die Grenzen herkömmlicher Düsen deutlich.
Klassische Lösungen stoßen an Grenzen
Mach-3D versuchte, mit Stahldüsen und Rubindüsen das Verschleißproblem beim Druck abrasiver Materialien in den Griff zu bekommen. Beide Ansätze lieferten jedoch keine stabile Lösung für den industriellen Dauereinsatz. Bei den Stahldüsen trat bei längerem Einsatz Verschleiß auf, der die Druckqualität beeinflusste. Rubindüsen boten zwar eine hohe Verschleißfestigkeit, waren jedoch empfindlicher gegenüber mechanischen Belastungen. „Für den laufenden Betrieb bedeutete dies zusätzlichen Wartungsaufwand und teilweise ungeplante Stillstände“, so Deickmann. Entscheidend war daher die Suche nach einer Düse, die nicht nur länger hält, sondern dabei auch konstante Ergebnisse liefert.
DIANOZ bringt Prozessstabilität zurück
Mit der Diamantdüse DIANOZ von Gühring gelang der Wechsel zu einer stabilen Lösung. Was diese Düse so besonders macht: Die DIANOZ verfügt über eine Spitze aus polykristallinem Diamant (PKD) mit deutlich höherer Härte als Messing oder gehärteter Stahl, wodurch Geometrie und Austrittsdurchmesser auch bei abrasiven Filamenten stabil bleiben. Der Filamentkanal ist reibungsoptimiert und im konischen Engbereich diamantverstärkt ausgeführt, um Verschleiß und Strömungsstörungen zu minimieren. Aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit des Diamanten entspricht die tatsächliche Düsentemperatur weitgehend der Solltemperatur, was zu reproduzierbaren thermischen Bedingungen im Schmelzbereich führt.
„Der größte Vorteil liegt für uns in der Kombination aus hoher Verschleißfestigkeit, Prozesssicherheit und gleichbleibender Druckqualität“
Erik Dieckmann
Geschäftsführer, Mach-3D
Für Mach-3D zeigt sich der Nutzen im Betrieb: „Der größte Vorteil liegt für uns in der Kombination aus hoher Verschleißfestigkeit, Prozesssicherheit und gleichbleibender Druckqualität“, sagt Erik Dieckmann. DIANOZ liefere ihm endlich die Zuverlässigkeit, nach der er gesucht hatte. „Bereits nach den ersten Druckversuchen war erkennbar, dass die Düse für den industriellen Einsatz entwickelt wurde“, berichtet Dieckmann. Besonders überzeugt habe ihn die Kombination aus hochwertiger Verarbeitung, technischer Auslegung für abrasive Materialien und der Erfahrung von Gühring als Zerspanungsspezialist.
Konstante Qualität über lange Laufzeiten
Die Wirkung wird vor allem im Langzeiteinsatz sichtbar. Während sich bei konventionellen Düsen das Druckbild verändert, bleibt DIANOZ stabil. „Auch nach der Verarbeitung abrasiver Materialien konnten wir keine relevanten Veränderungen hinsichtlich Druckbild, Materialfluss oder Bauteilqualität feststellen“, bestätigt Dieckmann. Diese Stabilität verbessert die Reproduzierbarkeit. Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität bleiben konstant, unabhängig von der Laufzeit. Gleichzeitig sinkt der Wartungsaufwand. „Wir konnten den Aufwand für Kontrolle, Wartung und Düsenwechsel spürbar reduzieren“, erklärt Dieckmann. Die Maschinen laufen länger ohne Eingriff, die Produktion lässt sich besser planen.
Partnerschaft statt Lieferantenbeziehung
Mittlerweile setzt Mach-3D die Diamantdüse als Standard in der eigenen Produktion ein. „Aus einer klassischen Lieferantenbeziehung hat sich eine enge technologische Partnerschaft entwickelt“, beschreibt Dieckmann. Dabei schätzt der Geschäftsführer an Gühring vor allem, dass der Werkzeughersteller zwei entscheidende Faktoren vereint: hervorragende Produktqualität und jahrzehntelange Erfahrung im Bereich hochverschleißfester Präzisionswerkzeuge. „Während viele Anbieter ausschließlich aus dem 3D-Druck-Umfeld kommen, bringt Gühring umfangreiches Know-how aus der Zerspanung und Werkstofftechnik mit“, stellt Dieckmann fest. „Diese Kompetenz spiegelt sich unmittelbar in der Leistungsfähigkeit der DIANOZ-Düsen wider.“
Die Zusammenarbeit mündet nun in eine OEM-Partnerschaft. Mach-3D wird DIANOZ serienmäßig in seinen neuen Großformatdruckern einsetzen. „Für unsere neue Maschine war klar, dass wir unseren Kunden auch bei der Druckerdüse von Beginn an eine bewährte Lösung anbieten möchten“, begründet Dieckmann diese Entscheidung. DIANOZ erfüllt die hohen Anforderungen der Industrie, und in Kombination mit den Großformatdruckern von Mach-3D entsteht ein abgestimmtes System für die Anwender. „Unsere Kunden profitieren von einer höheren Prozesssicherheit und einer besseren Planbarkeit“, erklärt Dieckmann. So zeigt die Partnerschaft zwischen Gühring und Mach-3D, wie sich additive Fertigung industrialisieren lässt – durch Komponenten, die im Betrieb überzeugen, und durch Zusammenarbeit, die über das Produkt hinausgeht.
Ihre Vorteile mit DIANOZ Pro:
- Lebenslange Garantie
- Verschleißbeständige Beschichtung
- Diamantverstärkter Filamentkanal
FAQ’s zu 3D-Druck von abrasiven Materialien
Wie lassen sich abrasive Filamente zuverlässig verarbeiten und welche Vorteile bieten Diamantdüsen im industriellen 3D-Druck? Die wichtigsten Antworten auf einen Blick.
Was sind abrasive Materialien bzw. abrasive Filamente?
Abrasive Materialien weisen eine vergleichsweise hohe schleifende Wirkung auf und beanspruchen die Druckerdüse stark. Sie bestehen in der Regel aus einem Basis-Filament, das mit zusätzlichen Partikeln oder Fasern angereichert ist. Glas-, keramik- und metallgefüllte sowie kohlefaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe zählen beispielsweise zu den abrasiven Filamenten. Auch Hochtemperaturfilamente können dieser Kategorie zugeordnet werden.
Warum verschleißen herkömmliche 3D-Druckdüsen bei abrasiven Materialien?
Die harten Partikel in abrasiven Filamenten reiben kontinuierlich an der Düsenöffnung. Dadurch vergrößert sich der Düsendurchmesser mit der Zeit, was die Druckqualität beeinträchtigen kann.
Welche Vorteile bietet eine Diamantdüse im industriellen 3D-Druck?
Diamantdüsen sind besonders verschleißfest und sorgen auch bei abrasiven Materialien für einen konstanten Materialfluss, eine hohe Prozesssicherheit und gleichbleibende Druckqualität.
Für welche Materialien eignet sich die DIANOZ-Diamantdüse?
Die DIANOZ-Düse eignet sich insbesondere für abrasive Werkstoffe wie glasfaserverstärkte Kunststoffe, carbonfaserverstärkte Filamente und andere hochverschleißende Materialien.
Wie verbessert eine verschleißfeste Druckdüse die Prozesssicherheit?
Durch den konstanten Düsendurchmesser bleiben Extrusionsverhalten, Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität über lange Druckzeiten hinweg stabil. Gleichzeitig sinkt der Wartungsaufwand.
Diamant-Düse als Herzstück im 3D-Drucker
CR-3D ist führender Anbieter im Bereich additive Fertigung und entwickelt und produziert alle erforderlichen Komponenten für den 3D-Druck im industriellen Umfeld. Gühring liefert das Herzstück für diese Art von Maschinen: die Druckerdüse aus Diamant.
