Praxis-Check 3D-Druck mit SincoTec: Dynamische Belastung für gedruckte Bauteile
Die SincoTec Holding GmbH in Clausthal-Zellerfeld entwickelt und produziert mit rund 100 Mitarbeitenden anspruchsvolle Prüfmaschinen. Im akkreditierten Prüflabor stehen über 150 Prüfstände für Schwingfestigkeits- und Funktionstests, Risserkennung und Umweltsimulation. Jährlich führt das Familienunternehmen mehr als 400 Aufträge durch.
Das Unternehmen
| Name | SincoTec Holding GmbH |
| Branche | Materialprüfung, Maschinen- und Anlagenbau |
| Mitarbeitende | 100 |
| Standort | 38678 Clausthal-Zellerfeld |
| Website | sincotec.de |
Die Idee
Für 3D-Druck-Kunststoffe geben Hersteller meist nur statische Festigkeitswerte in den dazugehörigen Datenblättern an, also Werte für konstant angewendete Last. Die dynamische Belastbarkeit fehlt weitgehend. Sie beschreibt das Verhalten des Materials unter wechselnden oder stoßartigen Belastungen. Die dynamische Festigkeit additiv gefertigter Strukturen liegt oft deutlich unter der statischen Festigkeit.
SincoTec ist Experte für dynamische Belastungsversuche und wollte im Praxis-Check 3D-Druck testen, ob sich gedruckte Bauteile für wiederkehrend beanspruchende Anwendungen eignen. Vor allem als Halterung oder Spannvorrichtung für Prüfanlagen könnten gedruckte Bauteile Gewicht einsparen und schneller hergestellt werden.
Die Umsetzung
Für den Praxis-Check 3D-Druck mit SincoTec fertigte Niedersachsen ADDITIV standardisierte Zugproben nach DIN EN ISO 527-2 an. Die genormte Form ermöglicht vergleichbare Ergebnisse zwischen verschiedenen Werkstoffen und Druckverfahren.
Drei additive Fertigungsverfahren aus verschiedenen stabilen Kunststoffen stellte SincoTec auf den eigenen Testständen auf die Probe: Im bekannten FFF-Verfahren druckten die Expert:innen von Niedersachsen ADDITIV Proben aus Acrylnitril-Styrol-Acrylat (ASA), einmal glasfaserverstärkt, einmal kohlefaserverstärkt. Die Glasfasern erhöhen vor allem die Steifigkeit, während Kohlefasern die Zugfestigkeit verbessern. Um den Einfluss der Faserorientierung zu untersuchen, druckte das Team von Niedersachsen ADDITIV Proben mit Fasern in Zugrichtung und um 45° versetzt.
Für die Proben aus dem SLS-Verfahren kam Polyamid 12-Pulver (PA 12) zum Einsatz – ein zäher, abriebfester Kunststoff mit geringer Wasseraufnahme. Die Experten fertigten die Proben flach liegend und um 90° gedreht, um den Einfluss der Schichtstruktur zu analysieren.
Im SLA-Verfahren, das flüssige Harze mit UV-Licht verfestigt, druckte Niedersachsen ADDITIV Proben aus Clear Resin V4 und Grey Pro Resin des Herstellers Formlabs. Clear Resin eignet sich für Vorhaben, bei denen es auf eine ansprechende, klare und einheitliche Optik ankommt, während Grey Pro Resin eine höhere Wärmeformbeständigkeit und bessere Dimensionsstabilität aufweist. Auch diese Proben setzten die Expert:innen in verschiedenen Bauteilorientierungen um. Von jeder Material- und Verfahrensvariante fertigten sie fünf identische Proben für eine statistische Basis.
Ergebnisse
Die Zugversuche führte SincoTec in seinem Prüflabor mit servohydraulischen Prüfmaschinen durch. Dabei zeigten sich deutliche Unterschiede zwischen den Verfahren: Die FFF-Proben aus dem Praxis-Check entwickelten sehr schnell Verschleißspuren und eignen sich somit nicht für Halterungen im Prüfbetrieb.
Anders sah es bei den SLS- und SLA-Proben aus: Sie hielten deutlich mehr Belastung aus und behielten ihre Form. Besonders die SLA-Bauteile punkteten mit hoher Maßhaltigkeit und einer sehr glatten Oberfläche, was sie für den praktischen Einsatz im Prüfumfeld besonders interessant macht.
Die Daten aus dem Praxis-Check sind ein Auftakt, um die Eigenschaft der dynamischen Festigkeit von 3D-Druck-Kunststoffen aufzunehmen.
Die überzeugenden Laborergebnisse können für SincoTec Anlass sein, einen eigenen Resin-3D-Drucker anzuschaffen. Damit könnte das Unternehmen künftige Prüfhalterungen selbst herstellen und Teststände von Lieferanten unabhängiger weiterentwickeln.
