Beim 3D-Druckverfahren werden Maschinenteile Schicht um Schicht aufgebaut. Dabei lassen sich Formen und Strukturen herstellen, welche bisher nicht denkbar waren.

«Als Konstrukteur musste man sich bisher immer überlegen, ob das, was man plant, eine Maschine auch herstellen kann. Die Herstellungsmöglichkeit setzt Grenzen bei der Planung», so Thomas Hollenstein. Er besitzt das Landtechnikunternehmen Brunner Spezialwerkstatt AG in Schwarzenbach SG und hat eine Konstruktionsabteilung für die Produktion von Teilen für den Eigenbedarf oder im Auftrag Dritter.

Beim Konstruieren von Maschinenteilen geht es oftmals nicht nur um die Aussenform eines Körpers, sondern auch um sein Innenleben. Hier kann ein 3D-Drucker besonders raffinierte Strukturen wie Öffnungen und Kanäle gestalten, wie dies kein Dreh- oder Fräscenter mit noch so vielen Bearbeitungsachsen könnte.

«Wenn man Konstruktionsteile bisher gegossen, gebohrt oder gefräst hat, musste man bei der Planung, wie erwähnt, immer an die Machbarkeit denken. Hier gab es Grenzen. Man kann beispielsweise keine Kurve bohren. Mit dem 3D-Druckverfahren hat man viel mehr Freiheiten. Um diese zu nutzen, muss man als Konstrukteur jedoch auch umdenken, um das Potenzial zu nutzen.»

Der 3D-Drucker baut Teile gemäss digitalen Konstruktionsdaten Schicht um Schicht auf.

Die neuste Entwicklung der Brunner Spezialwerkstatt AG, der Schleppfix-Gülleverteiler, hat ein Herzstück, welches mit dem Druckverfahren ent-wickelt wurde. Die Form mit vielen Rillen, welche in einer Spitzform auslaufen, teilt die Gülle auf die Abgänge auf und wurde von den Entwicklern patentiert. Angeboten werden verschiedene Arbeitsbreiten.

«Bei der Entwicklung haben wir voll auf den 3D-Druck gesetzt. So war es ein Leichtes, die Form des Herzstücks immer weiter zu optimieren, bis wir mit dem Resultat zufrieden waren. Wenn man jedes Mal eine neue Gussform hätte bauen müssen, hätte dies länger gedauert und massiv höhere Kosten verursacht.»

Schneller und günstiger bei der Entwicklung

Ursprünglich planten und bauten die Konstrukteure des Schleppfix das Verteilstück etwa doppelt so gross, wie es in der Endform nun vorliegt. Kamera-Aufnahmen in Zeitlupe haben jedoch gezeigt, dass die einzelnen Kanäle, selbst bei voller Ausbringmenge, nur wenig befüllt sind. Auf dieser Ausgangslage wurde dann der nächste Prototyp kleiner gebaut. In dieser Phase der Entwicklung kamen die Vorteile des 3D-Drucks besonders zum Tragen. Im Konstruktionsprogramm wurde die Form verkleinert und die neuen Daten an den Drucker gesendet. Dieser druckte dann in Kürze die neue Form und die Tests konnten weitergeführt werden. «So ging das noch einige Male, bis wir die perfekte Grösse und Form definiert hatten.»

Hätte jedes Mal eine neue Gussform gebaut werden müssen, wäre der zeitliche und finanzielle Aufwand viel grösser geworden.

Die Form wird aufgebaut und nicht abgetragen

Das Drucken hat auch den Unterschied gegenüber dem Bohren und Fräsen, dass eine Form aufgebaut und nicht Material abgetragen wird. Man kann eine Form somit mit genau so viel Material aufbauen, wie aufgrund der Festigkeit benötigt wird. Man kann also Gewicht einsparen, ohne dass die Stabilität darunter leidet.

Davon profitiert auch das Verteilstück des Schleppfix. Dieses hat nur so viel Material, wie es auch tatsächlich benötigt. Man braucht also nicht Löcher in ein Teil zu stanzen, damit dieses leichter wird, sondern legt dort ganz einfach kein Druckmaterial ab. Somit ist das Verfahren auch ressourceneffizient bei der Verarbeitung von Rohstoffen. Als Druckmaterial kommen verschiedene Werkstoffe in Frage, welche jeweils am besten zu den Anwendungseigenschaften passen.

In der Serienproduktion ist der Guss günstiger als der Druck

Das Kernstück des Schleppfix-Verteilers wird in der Serienproduktion nun nicht mehr mit dem Drucker produziert. Ab einer gewissen Stückzahl und wenn die Teile mehr als Faustgross sind, ist es günstiger eine Form zu bauen und das Stück zu giessen.

Allerdings wird die Produktion im 3D-Drucker immer günstiger und Thomas Hollenstein wäre nicht erstaunt, würde das Kernstück seiner Entwicklung irgendwann auch für den Serienbau aus dem Drucker stammen. Das Einschubstück für die Mengendosierung stammt allerdings auch in der Serie schon jetzt aus dem Drucker.

Schleppfix
Der Schleppfix wurde von der Brunner Spezialwerkstatt AG entwickelt und dort auch in Serie gebaut. Das System ist mit 7,2 m, 9 m und 12 m Arbeitsbreite erhältlich und verteilt die Gülle ohne Verteilkopf mit rotierenden Bauteilen. Stattdessen wird die Gülle in zwei Blechkästen geführt und streifenförmig abgelegt, wie mit einem Schleppschuh. Die Ausbringmenge ist vergleichbar mit einem Prallteller. Das System lässt sich an Fässern nachrüsten und kann mit geringen Wartungs- und Unterhaltskosten betrieben werden.
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3D-Drucker baut Schicht um Schicht auf
Das Verteilstück am Schleppfix besteht aus dem Kunststoff Polyamid. Dieser hat gute Korrosionseigenschaften im Umfeld der Gülle und er ist verschleissfest und wird beispielsweise auch als Gleitlager genutzt.
Beim industriellen 3D-Druckverfahren wird das Bauteil zuerst mit einer Software am Computer modelliert. Der Auftrag wird dann «in Scheiben geschnitten» und beim Druckvorgang wird der Baukörper Schicht um Schicht aufgebaut. Der Drucker rollt ein dünnes Pulverbett aus. Dieses kann aus Granulat von Metall, Polymere oder anderem Material bestehen.
Der Druckkopf bewegt sich über das Material und verfestigt dieses mit Bindemittel gemäss Konstruktionsplan. So wird Schicht um Schicht aufgetragen und der Körper fertig gestellt.
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