Praxis-Check 3D-Druck mit dem Deutschen Institut für Lebensmitteltechnik: Besondere 3D-Druck-Herausforderung von kleinsten, innenliegenden Spalten
Das Unternehmen
Die DIL Technologie GmbH mit Sitz in Quakenbrück ist ein führendes Unternehmen im Bereich der Lebensmitteltechnik. Das Unternehmen konzentriert sich auf die anwendungsorientierte Forschung, Entwicklung, Produktion und den Handel von innovativen Verfahren in den Bereichen Lebensmittel, Zusatzstoffe sowie zugehörige Maschinen und Geräte. Ziel ist es, die Lebensmittelproduktion effizienter, sicherer und nachhaltiger zu gestalten.
Die Idee
Ein druckluftbetriebener Vakuumerzeuger soll mittels Additiver Fertigung kosteneffizient hergestellt werden. Die bisherige Variante aus Edelstahl wurde speziell für die hohen hygienischen Anforderungen der Lebensmitteltechnik entwickelt. Dieser wird aus zwei subtraktiv gefertigten Stücken zusammengeschraubt. Dabei wird ein Spalt über ein Feingewinde präzise per Hand justiert und dadurch der Arbeitsbereich individuell eingestellt. Eine aus Kunststoff gedruckte Variante könnte Materialkosten und Arbeitszeit einsparen, da der Vakuumerzeuger im Ganzen gedruckt würde und somit die Justage wegfiele.
Die Umsetzung
Die Herausforderung in der Additiven Fertigung des Vakuumerzeugers besteht darin, einen innenliegenden, schrägverlaufenden Spalt von unter 200 µm präzise zu realisieren. Dabei entscheiden bereits kleinste einstellige Abweichungen im Mikrometerbereich über die spätere Performance der Vakuumerzeugung. Stützen sollten weitestgehend vermieden werden, da die Wände des Bauteils in diesem Bereich besonders glatt sein müssen, um spätere unerwünschte Luftverwirbelungen zu verhindern.
Um das geeignete Fertigungsverfahren zu identifizieren, wurden drei additive Fertigungsverfahren – Material-Jetting (MJ mit dem Keyence Agilista 3200W), Stereolithografie (Formlabs 3BL) und Selektives Laserschmelzen (Farsoon 252P) – anhand einer von Niedersachsen ADDITIV speziell konstruierten Testgeometrie mit unterschiedlichen Spaltmaßen und Ausrichtungen untersucht.
Unter der Bedingung, keine Stützstrukturen zu nutzen, können nur mit MJ so kleine Spaltmaße erreicht werden. Bei dieser Methode sind stützende Materialien ohne Rückstände mit Wasser entfernbar.
Wir druckten Vakuumerzeuger mit verschieden großen Spalten und unterschiedlichen Druckorientierungen, um einen Parameterraum zu finden, in dem wiederholgenau gedruckt werden kann.
Ergebnisse
Die Effizienz der gedruckten Vakuumerzeuger ist etwas geringer als die der aus Metall. Das bedeutet: ein höherer Luftdruck ist für ein gleich starkes Vakuum nötig. Außerdem schwankt das Verhältnis aus Luftdruck und Vakuum bei den gedruckten Vakuumerzeugern scheinbar mit deren Platzierung und Erstellung auf dem Druckbett. Weitere Untersuchungen werden nötig sein, um einen gedruckten Vakuumerzeuger wiederholgenau zu drucken, aber die Ergebnisse sind insgesamt sehr positiv und das DIL möchte zukünftig in diesem Bereich in die Additive Fertigung investieren.
