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Vergleichstest zwischen Stahlwerkzeug und 3D-gedrucktem Werkzeug

Beim Anblick des 3D-gedruckten Werkzeugeinsatzes kniff der Werkzeugmacher die Augenbrauen zusammen und kommentierte das Kunststoffteil kurz und knapp mit den Worten „…das geht nie!“ – denn Werkzeugmacher arbeiten mit Stahl. Der Frage, wie ein gedrucktes Werkzeug im Vergleich zu einem Stahlwerkzeug abschneidet, hat sich Payer mittels eines Vergleichstests angenommen.

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Das Vergleichsduell: Stahlwerkzeug gegen 3D-gedrucktes Werkzeug.

Das Vergleichsduell: Stahlwerkzeug gegen 3D-gedrucktes Werkzeug.

Stahl – ein Material, dass hinsichtlich Härte und Festigkeit bekannt ist und geschätzt wird – ist berechenbar und das Materialverhalten in alle Belastungsrichtungen gleich. Kein Wunder also, dass gedruckte Werkzeugeinsätze erst einmal skeptisch beäugt werden.

Aber wie schneidet ein gedruckter Einsatz im Vergleich zu einem Stahlwerkzeug wirklich ab? Und welche Ergebnisse kann man mit unterschiedlichen Kunststoffen erzielen? Dieser Frage ist Payer nachgegangen. Das Werkstück ist ein knapp 70 mm langer Schlüsselanhänger mit einer einfachen Kontur. Im Test befanden sich drei unterschiedliche Materialien: ABS, HDPE sowie Polycarbonat.

Der Werkzeugaufbau

Für den Test wurde ein 1+1-fach Werkzeug mit Punktanguss konzipiert. Die Einsätze wurden auf der hauseigenen Multijet-Anlage gedruckt, in Wechselformen eingebaut und auf einer Spritzgussmaschine mit 35 t Schließkraft bemustert. Das Stahlwerkzeug stammt aus dem Rapid-Tooling Programm von Payer. Das Werkzeug wurde baugleich in 1+1-fach Auslegung aus ungehärtetem Stahl hergestellt.



Der erste signifikante Unterschied liegt in der Bauzeit. Während die Durchlaufzeit des Stahlwerkzeuges mehrere Tage betrug und die Ressourcen mehrerer
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Das Werkstück – ein Schlüsselanhänger.

Das Werkstück – ein Schlüsselanhänger.

Mitarbeiter gebunden waren, konnte das gedruckte Werkzeug über die Betätigung eines Startknopfs am Drucker über Nacht realisiert werden.

Die Testdurchläufe im Detail

Das Stahlwerkzeug zeigte überaus gute Ergebnisse im Testdurchlauf mit dem ABS. Die gemessenen Differenzen (am Beispiel M1 und M2) liegen knapp am Messfehlerbereich von 0,01 mm und unterliegen somit der Kunststoff-Formtoleranz TG1 nach DIN 16742.

Mit einem der gedruckten Werkzeugeinsätze wurden 60 ABS Teile produziert. Dabei erhitzte sich das Werkzeug sehr rasch und musste während der Bemusterung laufend mittels Druckluft gekühlt werden. Die Teilekühlzeit betrug 55 Sekunden, die Teile selbst zeigten einen hohen Verzug sowie Abweichungen von „Schuss zu Schuss“. Trotz eines Ausreißers bei Schuss Nummer 8 konnten immerhin Toleranzen von TG6 bis TG8 erreicht werden.

Im Test mit dem HDPE konnten 29 Teile hergestellt werden. Auch hier musste das Werkzeug permanent gekühlt werden. Es zeigten sich Maßabweichungen sowie erhöhte Kavitäten. Hinzu kamen starke Gratbildung und hoher Verzug, die eine weitere Verwertung der Musterteile unmöglich macht.

Bei Schuss Nummer 8 kam es unter enormer Hitzebildung zum Bruch des
gedruckten Werkzeuges bei der Verwendung von PC. Es war kein besonders schöner Anblick und die Befürchtung des Werkzeugmachers wurde in diesem Fall Realität. Die 15 Musterteile zeigten Maßabweichungen, erhöhte Kavität, Gratbildung sowie hohen Verzug.

Im Test überzeugt das ABS

Mit dem ABS konnten durchaus gute Ergebnisse erzielt werden, die Teile können im Entwicklungsprozess entscheidende Erkenntnisse bringen und Fehler in der Serie vermeiden. Die hier erreichten Toleranzen sind dennoch groß. Wenn man aber die Bilanz aus Kosten, Herstellungszeit und dem Teilenutzen betrachtet, muss wohl auch ein Werkzeugmacher neidlos zugeben, dass dieses Herstellungsverfahren durchaus Vorteile bringt.

Das Vergleichsduell: Stahlwerkzeug gegen 3D-gedrucktes Werkzeug.
Das Werkstück – ein Schlüsselanhänger.
Der gedruckte Werkzeugeinsatz wurde mit den gängigen Industriekunststoffen für Spritzgießanwendungen getestet.

  • flag of at PAYER International Technologies GmbH
  • Reiteregg 6
  • A-8151 St. Bartholomä
  • Tel. +43 3123-2881-0
  • www.payergroup.com


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Vor Übernahme seiner heutigen Position war Gerd Weber seit Mai 2013 Leiter der Zentralen Produktionsplanung und -steuerung. Er kam 2011 zu Premium Aerotec, zunächst als Leiter der Zentralen Dienste und des Produktionsmanagements am Standort Nordenham. Im März 2003 startete er seine Laufbahn bei Airbus, zunächst im Kabinenausstattungswerk in Laupheim, ab 2006 übernahm er die Entwicklungsleitung für die Long-Range-Systemintegration in Hamburg. Im Jahr 2007 wurde er mit dem Aufbau und der Leitung des A380-Manufacturing Engineering in Toulouse betraut. Mit diesen Erfahrungen übernahm er 2010 die transnationale Leitung der A350-Industrialisierung für Rumpf und Kabine und war für den Aufbau des harmonisierten Produktionssystems der Airbus-Werke verantwortlich. Das Interview führte Georg Schöpf / x-technik
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