AT-Mitteilung

3D Drucker ist große Klasse

Eigenentwicklung eines 3D-Druckers mit 100 Liter Bauraum ermöglicht im Lehrgebiet die Fertigung großer Werkstücke

Die additive Fertigung erfreut sich seit einigen Jahren einer immer größeren Beliebtheit – so auch im Lehrgebiet Automatisierungstechnik und Systemtechnik. Im industriellen Sektor haben sich Drucktechnologien und Maschinentechnik deutlich weiterentwickelt, aber vor allem im privaten Bereich stehen kreativen Personen preisgünstige Drucktechnologien zur Verfügung, die ihnen erlauben ihre Ideen auch in reale Werkstücke abzubilden. Zu diesen kostengünstigen Technologien gehören die Aufschmelzverfahren für Thermoplaste, wie beispielsweise die Fused-Layer-Modelling Technik.

Die dafür erforderlichen 3D-Drucker können als Do-It-Yourself (DIY) Bausätze sehr preiswert aufgebaut werden oder von einer Vielzahl an Herstellern komplett als Fertiggerät mit zugehöriger Steuerungssoftware gekauft werden. Der Bauraum, den diese Geräte aufweisen, ist jedoch meist kleiner als ein Quader mit 200mm Kantenlänge. D.h. bis zu dieser Größe können Werkstücke in einem Vorgang gedruckt werden. Größere Werkstücke können dann nur noch gefertigt werden, wenn man diese vor dem Druck zerteilt und anschließend die gedruckten Werkstücke verklebt oder beispielsweise verschraubt. Allerdings vergrößern sich die Maßabweichungen große Werkstücke aufgrund von Montage- oder Klebefugen damit nochmals. Die Genauigkeit eines großen Werkstücks ist folglich besser, wenn dieses als ein einziges Teil gefertigt wird.

In einem lehrgebietsinternen Forschungsprojekt wurde daher ein 3D-Drucker für mittelgroße Werkstücke entwickelt, der ein Bauvolumen von etwa 100 Litern hat. Basierend auf dem Architekturentwurf und der mechanischen Konstruktion von Professor Engels wurde von B.Eng. Sebastian Heinl im Rahmen von zwei Masterprojekten ein komplettes Steuerungssystem für diesen Drucker konzipiert, entwickelt und aufgebaut. Anschließend wurde der gesamte Drucker mit Testwerkstücken erfolgreich in Betrieb genommen.

Die Entwicklungsleistungen umfassten dabei den Schaltplanentwurf, das Layout und die Bestückung einer 32bit Plattform mit Webserver, die Leistungselektronik für die Ansteuerung des Heizbettes und mehrerer Extruder, die Ansteuerung der Motorendstufen als auch die Adaption der Softwarekomponenten für die spezielle Architektur der Elektronik und Elektrik. Für die Elektrokonstruktion wurden die Elektropläne entwickelt, ein Schaltschrank entworfen und aufgebaut, die Anlage verdrahtet und die komplette mechanische Montage bis zur erfolgreichen Inbetriebnahme durchgeführt.

Damit gehört nicht nur der Bauraum des Druckers zur großen Klasse. Vor allem die Arbeitsergebnisse dürfen zweifelsfrei als große Klasse bezeichnet werden.

Prof. Dr.-Ing. Elmar Engels

Bildquellen:
S. Heinl: Elektronik.bmp, Kühler.bmp, Layout.bmp
E. Engels: Druckertest.bmp