„Oberflächengüte in Spritzgieß-Qualität“: Warum nicht-planare Slicing-Software ein Game-Changer für die Additive Fertigung ist

Wie lässt sich 3D-Druck schneller, sparsamer und mit Spritzguss-Qualität realisieren? Welche Rolle spielt dabei Slicing-Software? Antworten auf diese Fragen erhielt das K-Mag im Gespräch mit Lukas Pelzer von der Layer Performance GmbH.

Herr Pelzer, welches Problem in der additiven Fertigung wollten Sie mit Ihrer Software konkret lösen?

Lukas Pelzer: Die Additive Fertigung bietet gegenüber herkömmlichen Fertigungsverfahren viele Vorteile, bspw. die werkzeuglose Fertigung beliebiger, komplexer Geometrien und eine sehr hohe Agilität: Die Wirtschaftlichkeit ist nicht mehr an die Anzahl der Gleichteile gekoppelt und Produkte können individualisiert werden und Fertigung on Demand ist möglich.

Allerdings bestehen Herausforderungen, die eine Transformation der Industrie durch additive Fertigungstechnologien hemmen: Der schichtbasierte Ansatz führt häufig zu mangelnder Bauteilqualität hinsichtlich Oberflächengüte und mechanischer Eigenschaften.

Hier setzt unsere Software an: Die Layer Performance-Prozessvorbereitungssoftware übernimmt und optimiert den Schritt des Slicing und erstellt anwendungsgerechten Maschinencode für beliebige Anlagen der materialextrudierenden Additiven Fertigung. Der 3D-optimierte Maschinencode ermöglicht im Vergleich zu bisherigen Lösungen bis zu 10-mal schnellere Fertigung bei 90 % weniger Material und 96 % weniger Energie, bei bis zu 4-mal höherer mechanischer Belastbarkeit der Bauteile und Oberflächengüte in Spritzgieß-Qualität.

Was sind typische Herausforderungen im Produktionsalltag?

Pelzer: Eine typische Herausforderung ist das Spannungsfeld zwischen Massenfertigung und Individualisierung: Zunehmende Anforderungen an Modularität, Upgradefähigkeit und Funktionalisierung erfordern es, dass wir Produktion neu denken – vor allem in Hochlohnländern. Die Layer Performance Slicing-Software ermöglicht neue Ansätze, indem die Kombination konventioneller und additiver Fertigungsverfahren einfach und niederschwellig ist: Aufgrund des 3D-optimierten, nicht-planaren Maschinencodes sind unsere Kundinnen und Kunden erstmalig nicht daran gebunden, Komponenten nur auf ebenen Bauplattformen aufzubauen. Stattdessen können Stränge, Schichten und ganze Geometrien direkt auf bestehende Bauteile mit Freiformflächen aufgetragen werden. So lassen sich individuelle Produkte schneller, günstiger und skalierbar fertigen.

Wie funktioniert Ihre Softwarelösung konkret, was ist das Besondere an Ihrer Herangehensweise?

Pelzer: Üblicherweise werden in der Additiven Fertigung Bauteile in Schichten erstellt. Dies führt zu einer Reihe von Nachteilen, wie beispielsweise schlechte Oberflächenqualität und geringe mechanische Eigenschaften senkrecht zu den Schichten.

Ein Beispiel: Mechanische Eigenschaften von 3D-gedruckten Bauteilen sind aktuell stark richtungsabhängig. Während in Strangrichtung die Eigenschaften des Grundwerkstoffs erreicht werden, weisen die Bauteile in Aufbaurichtung aufgrund des Schichtverbunds eine deutlich geringere Festigkeit und Steifigkeit auf. Ein ähnliches Verhalten weisen Faserverbundwerkstoffe auf, jedoch wird dies hier nicht als Nachteil gewertet – im Gegenteil wird hier die Anisotropie des Werkstoffs gezielt genutzt. Und das ermöglichen wir mit unserer Slicing-Software auch für die Additive Fertigung: Stränge können anhand eines Lastfalls ausgerichtet werden. Dadurch kann die Festigkeit um den Faktor vier gesteigert werden.

Wie lässt sich Ihre Software in bestehende Maschinenparks oder Produktionsprozesse integrieren?

Pelzer: In der Prozesskette der Additiven Fertigung setzt Layer Performance an der Stelle des Slicing an. Dabei führen wir keine neuen Prozessschritte ein, sondern ersetzen herkömmliche Slicing-Programme durch unsere optimierte, browserbasierte Software. Der entstehende Maschinencode ist für alle materialextrudierenden Anlagen und alle Werkstoffe nutzbar.

Wie wichtig ist das Thema Design for Additive Manufacturing – und welchen Einfluss hat Ihre Software darauf?

Pelzer: Das ist ein wichtiges Thema. Denn dank 3D-optimierter Bahnplanung sind mit Layer Performance die geometrischen Freiheiten bei Design und Fertigung deutlich höher.

Beispielsweise werden erstmalig Freiformflächen nicht mehr nur angenähert, sondern präzise abgebildet. Ebenso ist das Aufdrucken auf Freiformflächen möglich. Die Vermeidung des typischen Treppenstufeneffekts sorgt für ausgezeichnete Oberflächen in Spritzgussqualität ganz ohne Nachbearbeitung. Durch die Vermeidung von Stützmaterial können Überhänge deutlich steiler ausgelegt werden, was eine größere Freiheit bei der Konstruktion ermöglicht.

Für hochfunktionale Bauteile bietet die gezielte Festlegung mechanischer Eigenschaften analog zur Verarbeitung von Faserverbundwerkstoffen ganz neue Möglichkeiten. Die gezielte Programmierung lokaler Steifigkeiten ist für verschiedenste Branchen vorteilhaft, beispielsweise für die ergonomiegerechte Individualisierung im Bereich Medizin und Gesundheit.