Zahnrad aus Iglidur I6, Bild: Igus

Aus dem neuen Werkstoff Iglidur I6 gedruckte Zahnräder haben selbst im Vergleich zu spanend gefertigten Rädern eine höhere Verschleißfestigkeit. Bild: Igus

"Wenn Sie ein aus unserem Iglidur I6 gedrucktes Zahnrad mit einem aus normalem POM gefrästen vergleichen, haben Sie eine bessere Verschleißfestigkeit, das haben unsere Dauertests ergeben“, erklärt Tom Krause, Geschäftsbereichsleiter 3D-Druck bei Igus. Immer noch hafte 3D-gedruckten Bauteilen der Ruf an, spröde und weniger fest zu sein. Die Tests auf Igus‘ hauseigenem Prüfstand belegen das Gegenteil: Im Test wurde ein Schneckenrad mit 5 Nm Drehmoment und 12 U/min getestet. Dabei blieb das Zahnrad aus dem Standard-Lasersinternmaterial PA12 bereits nach 521 Zyklen stehen, da der Reibwert zu hoch angestiegen war. Das Zahnrad aus dem neuen Lasersinternmaterial Iglidur I6 zeigte nach einer Millionen Zyklen nur einen geringen Verschleiß auf und war noch voll funktionsfähig. Im Test konnte sich das neue Lasersinternmaterial auch deutlich gegenüber gefrästen Zahnrädern behaupten. Zahnräder aus POM wiesen bereits nach 621.000 Zyklen einen totalen Verschleiß auf, während gefräste Zahnräder aus PBT schon nach 155.000 Zyklen brachen.

Doch nicht nur bezüglich der Haltbarkeit kann es der speziell für die Herstellung von Zahnrädern entwickelte neue Werkstoff mit seiner Konkurrenz aufnehmen, auch bezüglich des Preises. Gerade bei Sonderverschleißteilen, die man nur in geringen Stückzahlen benötigt, wäre Fräsen die gängige Alternative. „Ich müsste dazu erst einmal den speziellen Fräskopf für die Form der Zahnung besorgen, bei einem Schneckenrad kann das schnell einmal 5000 Euro kosten“, betont Krause. „Hinzu käme die Lieferzeit für den Fräser. Bei der additiven Fertigung kann man ohne Werkzeugkosten schnell loslegen.“

Wachsende Materialvielfalt

Dass die additive Fertigung in der Industrie immer wichtiger wird, liegt vor allem daran, dass Sonderteile vom Einzelstück bis zu mittleren Serien einfach, kostengünstig und schnell gedruckt werden können. Um diesen Vorteil auch für Hochleistungskunststoffe in Bewegung umzusetzen, begann der Kölner Hersteller Igus 2014 damit, Filament für FDM-Drucker herzustellen und zu vertreiben: Ein Material namens Iglidur I170, das ausschließlich auf Verschleißfestigkeit optimiert ist, dessen Verarbeitung aber nicht ganz einfach war. Und I180, eine Type, die einige der Probleme adressierte: Die elastischer ist und engere Biegeradien des Drahtes zulässt und bei der zum Beispiel das Förderrad weniger durchdreht – die kurzweg leichter zu verarbeiten ist. Iglidur I180 ist auch als schwarz gefärbte Variante erhältlich.

Werkstoffvergleich, Bild: Igus
Vergleich aus dem Testlabor: Bei gleicher Belastung halten Igus-3D-Druck-Materialien (weiß) deutlich länger als Standard-Druckwerkstoffe (schwarz) und ähnlich lange wie gespritzte Bauteile (beige). Bild: Igus

Im vergangenen Jahr wurde das Portfolio um die Variante I150 ergänzt, ein Material, das noch leichter zu verarbeiten ist, etwa keine beheizte Platte im Bauraum benötigt, und das zudem eine Lebensmittelzulassung hat. Hinzu kommen bei den FDM-Werkstoffen noch zwei Spritzgussmaterialien, die sich nach Versuchen auch für den Einsatz im Drucker eignen, auch wenn der Prozess dafür speziell angepasst werden muss: Iglidur J260 mit einer höheren Anwendungstemperatur sowie Iglidur C210 mit einer besseren Chemikalienresistenz.

Beim FDM-Verfahren blieb Igus nicht stehen. 2016 kam das erste Pulver für das Selektive Lasersintern (SLS), 2017 das zweite. Vor allem für Kunden auf der Suche nach einer verschleißfesten Sonderlösung, die den hohen Anforderungen in bewegten Anwendungen standhält, bietet sich das SLS-Verfahren an. Es ist sehr präzise und liefert im Vergleich zu FDM detailgenaue und exakte Oberflächen, wodurch es sich für den Druck von Zahnrädern besonders gut anbietet. Neben dem Werkstoff Iglidur I3, einem Allrounder, der für alle Arten von Verschleißteilen geeignet ist, bietet Igus daher auch die Variante I6 an, ein Tribopolymer, das insbesondere für die Herstellung von Zahnrädern entwickelt wurde. Schon heute werden Serien von Sonderzahnrädern mit vierstelligen Losgrößen bei Igus umgesetzt, aber auch Einzelstücke sind wirtschaftlich darstellbar.

Igus nutzt seinen 3D-Druck-Service sogar für eigene Produkte: Die Baureihe gebogener Linearführungen benötigt natürlich auch zu den Schienen passende gebogene Kunststoffgleiter. Die werden aufgrund ihrer Variantenvielfalt gedruckt – weil es sich rechnet.

3D-Druckservice: verschleißfeste Teile online bestellen

Um ein tribologisch optimiertes Bauteil, auch ein Zahnrad, zu bestellen, kann der Kunde auf den 3D-Druckservice von Igus zurückgreifen. Auf www.igus.de/3ddruckservice lässt sich die Step-Datei hochladen, der Preis wird sofort angezeigt. Mit einem Mausklick kann er sein verschleißfestes Bauteil kostengünstig in Auftrag geben oder ein Angebot anfordern. Bereits innerhalb von ein bis drei Tagen ist das individuelle Teil versandbereit. Und wer selbst drucken will, kann die Werkstoffe auch separat bestellen.