Übersicht

Additive Fertigung – wirtschaftlich gedacht

Die SpaceA-Technology basiert auf der schichtweisen Ablage eines schmelzeförmigen Thermoplasten. Durch Erstarren dieses Schmelzestrangs kann ein solides Bauteil aufgebaut werden.

Die SpaceA-Technologie von Yizumi basiert auf 4 Prinzipien für einen wirtschaftlichen Einsatz:

  • Nutzung eines Schneckenextruders
  • Nutzung eines 6-Achs-Positioniersystems
  • Nutzung einer hohen Anlagenmodularität
  • Nutzung einer Steuerung auf Industriestandard

Zunächst wird das zu verarbeitende Material in einem Trockner (1) vorbehandelt. Dieser Trockner ist in allen Standardanlagen enthalten. Vom Trockner wird das Material zum Extruder (2) geleitet.

Der Extruder ist als kompakter Einschneckenextruder mit lediglich 6,5 kg Gewicht ausgeführt. Dort wird das Granulat plastifiziert und definiert ausgetragen. Auf der Bauplattform (3) kann dann durch eine Relativbewegung des Positioniersystems (4) das finale Bauteil hergestellt werden.

Schneckenextruder

Auf Basis des langjährigen Yizumi-Know-Hows in der Spritzgießverarbeitung wurde ein spezialisierter Schneckenextruder für die Additive Fertigung entwickelt und patentiert.

Der Schneckenextruder verfügt über eine konzentrische und konische Einzugszone. Dadurch kann das Feststoffförderverhalten signifikant gesteigert werden. Gleichzeitig ist im Extruder eine Materialtrocknung direkt über dem Materialeinzug integriert. Die Auslegung auf den Punkt erlaubt eine kurze Bauweise des Schneckenextruders, womit die Massenträgheiten während des Prozesses reduziert werden.

Das Granulat wird über einen Stutzen (1) an den Fülltrichter (3) des Extruders angebunden. Dort ist ein Füllstandssensor (2) verbaut, der den Füllstand an die Steuerung übermittelt. Dadurch ist eine automatische Granulatzufuhr gewährleistet. Über den Fülltrichter gelangt das Granulat in den Zwischenspeicher (4). Der Zwischenspeicher wird über die Einzugszonenkühlung (5) aufgeheizt und mit trockener Druckluft beaufschlagt (6). Die Schnecke läuft konzentrisch im Zwischenspeicher. Über die sich daraus ergebene konzentrische Einzugszone kann ein konstantes Feststoffnachfließen in die Einzugszone des Plastifizierteils gewährleistet werden. Die Schnecke wird dazu über einen Servo-Motor (7) angetrieben. Das Plastifizierteil wird über drei Heizelemente (8) auf Soll-Temperatur gehalten. Von dort aus wird die Schmelze durch die Düse (9) appliziert. Die Düse ist mit einer Nadel ausgeführt, um einen sauberen Verschluss zu ermöglichen.

6-Achs-Roboter

Die modulare Plattform erlaubt die Integration verschiedener Robotergrößen und Reichweiten. So kann für jede Produktionsanwendung das passende und somit günstigste Positioniersystem eingesetzt werden. Der Roboter erlaubt eine Integration in bestehende Automatisierungsprozesse und die Kombination mit anderen Fertigungsverfahren.

Durch die konsequente Integration von 6-Achs-Robotersystemen kann auf bestehende Standards aufgesetzt werden. Zudem sind alle Yizumi Anlagen damit 3D Ready und erlauben bei Nutzung geeigneter Bahnplanungssoftware die 3D Bauteilerstellung.

Industriesteuerung

Alle SpaceA Anlagen verfügen über die SpaceA – Serenity Steuerung. Die Steuerung basiert auf hochwertigen Hardwarekomponenten und erlaubt die Anbindung an weitere kunststoffverarbeitende Maschinen mittels Stand der Technik Schnittstellen, bspw. über EtherCat, Ethernet oder Euromap Anbindung. Zusätzliche Schnittstellen sind je nach Kundenwunsch flexibel und einfach umsetzbar.

Die Serenity Steuerung ermöglicht die Bedienung der Additiven Fertigungsanlage auf dem Niveau einer Spritzgießmaschine und erlaubt somit die produktionsorientierte Nutzung.

Modulbauweise

Extruder Extension Package

Big Size Machine

Small Size Machine

Die Flexibilität des Systems basiert auf der Trennung von Plattform-Modul und Fertigungs-Modul. So kann ein standardisiertes Fertigungs-Modul mit verschiedenen Plattform-Modulen oder mehrere Fertigungs-Module mit einem Plattform-Modul kombiniert werden.

Durch diese Modularität lässt sich das System auch problemlos in bestehende Produktionsketten integrieren, um beispielsweise Spritzgussteile zu funktionalisieren. Die hohe Produktivität der SpaceA-Produktfamilie ermöglicht es, im Zyklus einer Spritzgießmaschine Dichtungselemente oder Verstärkungsstrukturen auf das Bauteil aufzubringen.

Maschinen absolut

Z

Maschinen pro Jahr

Produktlininen
f

Kunden

Additive Fertigung

IHRE VORTEILE – SpaceA

R

Automatisierbarkeit

In Linie skalierbar und mit Urfomrverfahren kombinierbar. Kombination Additiver und Subtraktiver Fertigungsverfahren.

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Produktivität

28-mal schneller als übliche FLM-Verfahren

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Skalierbarkeit

Die SpaceA Produktfamilie ist in Größe und Materialaustrag flexible skalierbar.

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Materialvielfalt

Jedes thermoplastische Granulat ist nutzbar.

Automatisierbarkeit

Ein 6-achsiger Industrieroboter überwindet die üblichen Einschränkungen der Bauteilgröße und Designkomplexität. Um eine reproduzierbare Maßhaltigkeit und hohe Oberflächengüte zu gewährleisten und gleichzeitig eine Einschränkung der Bauteilkomplexität zu vermeiden, werden subtraktive Prozesse (z.B. Fräsen, Bohren) in den Fertigungsprozess integriert, indem die additive Struktur und Bearbeitung in einem Fertigungssystem kombiniert werden.

Basierend auf diesem Ansatz ist es auch möglich, Einsätze wie Gewinde- oder Lagerbuchsen, Spritzgussteile, elektronische oder keramische Einsätze zu integrieren und das zu bauende Bauteil mit weiteren Funktionen auszustatten. Zu diesem Zweck ist die für Extrusions- und Bearbeitungsvorgänge eingesetzte Maschine mit einem standardisierten Werkzeugwechselsystem ausgestattet, was ein Höchstmaß an Automatisierung und Flexibilität gewährleistet.

Additive Fertigung

Subtraktive Fertigung (Fräsen)

Integration von Einlegeteile

Automatisierung

Materialvielfalt

Thermoplastische Granulate kostensenkend einsetzbar

Aufgrund des zugrundeliegenden schneckenbasierten Extrusionsprozesses können branchenübliche Granulate eingesetzt werden.

Dadurch kann auf das breite Angebot an Thermoplasten zurückgegriffen werden ohne ein Pulver oder ein Monofilament herstellen zu müssen. Die dadurch niedrigen Kosten spiegeln sich direkt in den niedrigen Bauteilkosten wider.

Vorteile Granulat:

  • Gute Verfügbarkeit
  • Günstig
  • Gute Förderfähigkeit aus einem Zentrallager zur Verarbeitungsmaschine
    (ermöglicht die Skalierung von Produktionslinien)
  • Spezielle Extrudertechnologie erlaubt den schwankungsarmen Austrag

Bisher erfolgreich getestete Werkstofftypen:

 

  • PA6 gefüllt (Glasfasergefüllt, Carbonfasergefüllt)
  • PP gefüllt und ungefüllt
  • TPE
  • PMMA
  • PC
Produktivität & Wirtschaftlichkeit

Die hohe Produktivität des genutzten Verfahrens basiert auf dem pyhsikalischen Prinzip der Schererwärmung innerhalb des eingesetzten Schneckenextruders. Im Gegensatz zur reinen Plastifizierung über Wärmeleitung, kann somit eine sklaierbare und von der Wärmeleitfähigkeit des zu verarbeitenden Materials unabhängige Förderrate erreicht werden, die je nach Prozesspunkt bis zu mehreren Kilogramm pro Stunde gesteigert werden kann.

Durchmesser: 16 mm

Temperaturkontrolle: 1 gekühlte Zone, 3 beheizte Zonen

Max. Temperatur: 400 °C

Granulatgröße: > 8 mm Stäbchengranulat

Mögliche Materialien:
Thermoplaste ungefüllt und gefüllt (z.B Glas- Carbonfaser bis 40%)

Die zentrale Schneckenextrusioneinheit wird mit konventionellem Thermoplast-Granulat betrieben. Im Vergleich zu filamentbasierten Produktionstechnologien ermöglicht dies die Verarbeitung von ungefüllten, aber auch hochgefüllten Kunststoffcompounds, bei gleichzeitig hohen und skalierbaren Durchsätzen. Darüber hinaus führt der mögliche hohe Durchsatz zu einem erheblichen Kostenvorteil bei der Verarbeitung von technischen Thermoplasten –  je nach Material – durch den niedrigen Preis von Granulat (ca. 1 bis 8 €/kg) gegenüber Filament (ca. 20 bis 500 €/kg).

Wie bei allen Herstellungsverfahren hängen die Produktionsergebnisse von der Prozessfähigkeit des verwendeten Materials ab. Dabei geht es im Wesentlichen um die Aspekte der Maßhaltigkeit (Schrumpfgetriebe) und der mechanischen Eigenschaften (Haftgetriebe).

Wie bisherige Fertigungsverfahren müssen sich auch Additive Fertigungsanlagen den üblichen Investitionsrechnungen unterwerfen. Dementsprechend muss der Anlageninvest reduziert und gleichzeitig der Materialaustrag gesteigert werden. Erst bei hohen Verhältnissen aus Absolutinvest und Materialaustrag pro Jahr kann eine wirtschaftliche Produktion im Vergleich zum Spritzgießen gewährleistet werden.

Additive Fertigung

PRODUKTVARIANTEN – SpaceA

Auszug aus unserem Standardsortiment. Sprechen Sie uns an!

SpaceA-1-700-500

Fixed Platen

76.500,00 € (netto)

  • Kleinste Standardlösung von Yizumi.
  • Extruder 500
  • KR10 Kleinroboter mit einer Reichweite von 700 mm montiert.
  • Bei geringen Kosten kann somit ein breiter Raum genutzt werden.
  • Feste, magnetische Bauplattform.

SpaceA-1-2000-500

Fixed Platen

125.600,00 € (netto)

  • Der SpaceA-1-2000-500 ist die größste Standardlösung von Yizumi.
  • Extruder 500
  • KR30 HA mit einer Reichweite von maximal 2000 mm
  • Die Anlage zeichnet sich gerade durch den großen Aktionsraum aus.
  • Das modulare System erlaubt zudem den flexiblen Einsatz des Print Moduls in unterschiedlichen Umgebungen.
  • Feste, magnetische Bauplattform.

SpaceA-2H-2000-500

Piece Carrier System

176.500,00 € (netto)

  • Der SpaceA-1-200-500 ist die komplexeste Standardlösung von Yizumi.
  • Zwei Extruder 500 sowie eine Frässpindel
  • Automatisiertes Werkzeugwechselsystem
  • KR30 HA mit einer Reichweite von maximal 2000 mm
  • Die hybride Variante erlaubt die Integration mehrerer unterschiedlicher Fertigungsverfahren auf einer Anlage.
  • Somit stellt der SpaceA-2H-2000-500 den Allrounder unter den Additiven Fertigungsverfahren dar.
  • Die Anlage verfügt über ein automtisiertes Werkstückträgerfördersystem.
  • Die Werkstückträger sind magnetisch ausgeführt.

FAQ

Additive Fertigung – Fragen & Antworten

1. Was ist das Hauptproblem bei den heutigen konkurrierenden Technologien für die additive Fertigung?

Die meisten Maschinenlieferanten für AM-Maschinen rechnen mit zu hohen Maschinenkosten und Materialkosten. Wenn wir die additive Fertigung in der realen Produktion einsetzen wollen, müssen wir uns mit der Spritzgieß-Technologie benchmarken und dafür müssen wir die Materialkosten wirklich auf den Standard-Granulatpreis sowie die Maschinenkosten weit unter die Kosten für Spritzgussformen senken.

2. Und das ist Yizumi's Ansatz?

Ja, wir wollen das Spritzgießen als Benchmark nutzen und versuchen, unseren Kunden einen echten Nutzen für den Einsatz unserer AM-Technologie zu bieten. Und dafür können unsere SpaceA-Systeme Standardgranulate verarbeiten, so dass auch PMMA oder hochgefüllte Materialien für uns kein Problem darstellen. So können wir die Teilekosten erstmals senken. Zusätzlich haben wir eine wirklich kostensparende Maschinen- und Extrudertechnologie entwickelt, um die Maschinenkosten zu senken. Beide Spuren führen zu niedrigen Teilekosten und so haben wir eine attraktive Technologie für kleine Losgrößen und mittlere Losgrößen bis 20.000 Teile anzubieten.

3. Welche Maschinen bietet Yizumi an?

Im Moment haben wir drei Standardproduktlinien. Zunächst das Extruder-Erweiterungspaket. Hier bieten wir nur den Extruder mit Steuerung und Materialversorgung an. Dieses Paket ist eine intelligente Lösung für alle Kunden, die bereits eine Automatisierungszelle mit einem sechsachsigen Robotersystem besitzen. Zweitens haben wir eine kleine Maschinenreihe und drittens einen großen Maschinenservice. In allen unseren Produktlinien bieten wir unseren Kunden zusätzlich volle Flexibilität. So können wir die Standardpakete leicht an deren Bedürfnissen anpassen.

4. Und was präsentieren Sie im Moment auf der K in Düsseldorf?

Da die K-Show produktionsorientiert ist, zeigen wir in zwei Fällen die Integration eines SpaceA-AM-Systems in eine vollautomatische Spritzgussfertigungszelle. So können wir die Komplexität des Spritzgießens reduzieren. Dieser Ansatz spart eine Menge Kosten sowohl in der Spritzgieß-Maschinentechnik als auch in der Spritzgieß-Werkzeugtechnik. Um das erste Beispiel auf dem Yizumi Stand zu nennen, drucken wir eine starke Rippenstruktur in Zykluszeit auf unsere Yizumi-Motorabdeckung. So haben wir einen optimierten Materialeinsatz. Starkes kohlefaserverstärktes Material für die Rippenstruktur und leicht glasfaserverstärktes Material für die Abdeckung selbst. Zweitens drucken wir eine TPE Anti-Rutsch-Struktur auf ein Raspberry Pie Gehäuse auf dem IKV-Stand. Wir zeigen also sehr gut, dass wir die Spritzgieß-Zykluszeit einhalten können und in der Lage sind, mit komplexen Automatisierungssystemen umzugehen.

5. Wie weit kann der Automatisierungsansatz skaliert werden?

Der Automatisierungsansatz der SpaceA-Produktfamilie ist wie jeder allgemeine Automatisierungsansatz vollkommen frei skalierbar. Als Basis steht unser innovativer Extruder, welcher über 6-Achs-Positioniersysteme gehandhabt werden kann. Dabei können Kombinationen unterschiedlicher Fertigungstechnologien, wie Fräsen, Spritzgießen, Thixomolding, Die Casting oder Thermoformen umgesetzt werden. Zuletzt ist die richtige Kombination der verschiedenen Stand der Technik Technologien entscheidend, um ein günstiges und anforderungsgerechtets Bauteil herzustellen.

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