Materialprüfung

3D-Druck – Ergebnisse und Anlagen prüfen

Materialprüfungen liefern Hinweise für Anlagenoptimierungen. Um die qualitativen Besonderheiten auszuloten sowie Drucker und Druckverfahren zu verbessern, hat ein großer Hersteller industrieller 3D-Drucker ein Prüflabor eingerichtet. Gedruckte Proben werden hier mit Prüfmaschinen intensiv geprüft. So lassen sich Kennwerte für gedruckte Materialien ermitteln und die Qualität verschiedener Druckverfahren und Drucker bewerten.

Einlegen der 3D-gedruckten Normprobe. (Bild: Zwick)

Der 3D-Druck ist auf dem besten Weg zu einem Standardverfahren zu werden. Privatpersonen wagen erste Schritte in den eigenen vier Wänden und erproben die neue Technik in verschiedensten Projekten. Verschiedene Branchen entdecken den professionellen 3D-Druck für sich. Während die Begeisterung technikaffine Privatpersonen und Produktingenieure eint, enden hier die Gemeinsamkeiten dieser Gruppen. Im Gegensatz zu ihren zumeist kleineren und einfacher aufgebauten Systemen im Hobbykeller können 3D-Drucker für die Industrie belastbare, voll funktionsfähige Bauteile oder komplette Produkte erzeugen.

Kunststoffe und Metalle können in Qualitäten verarbeitet werden, die noch vor wenigen Jahren undenkbar waren. Geeignete Druckverfahren und die Verarbeitung unterschiedlicher Materialien gestatten den Einsatz 3D-gedruckter Bauteile in immer neuen Bereichen. Dabei verschiebt sich die Nutzung zunehmend aus der Disziplin des Rapid Prototyping, also der raschen Herstellung von Einzelteilen oder Kleinstserien für die Forschung, in die des Rapid Manufacturing – die Direktproduktion von Teilen für Serienprodukte. Damit ändern sich auch die Anforderungen an die gedruckten Bauteile. Während für Prototypen zuweilen nur eine bestimmte Eigenschaft wie die Geometrie relevant ist und andere Charakteristika vernachlässigt werden können, müssen industriell verwendbare Bauteile belastbar und häufig optisch ansprechend sein.

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Zugversuche nach DIN ISO 527-1 an 3D-gedruckten Proben. (Bild: Zwick)

Systematische Entwicklung durch systematische Prüfung
Um Kennwerte zur Produktqualität und wichtige Informationen für die Weiterentwicklung der Druckverfahren zu gewinnen, hat ein großer Hersteller von 3D-Druckern in Spanien ein Prüflabor aufgebaut. Hier werden gedruckte Proben unterschiedlichen Prüfungen unterzogen, deren Ergebnisse Aufschluss über die Verwendbarkeit der Bauteile und Druckverfahren für spezifische Bereiche geben. Zum Einsatz kommen Prüfmaschinen von Zwick Roell wie die verlängerte 50 Kilonewton Allroundline Tischmaschine mit Multixtens für Zug-, Druck- und Biegeversuche an Kunststoffen. Zusammen mit einer Temperierkammer und der Prüfsoftware Testxpert III steht damit nach Unternehmensangaben ein präzises und dennoch universell einsetzbares Testsystem zur Verfügung.

Anhand der Werte aus Zugversuchen, beispielsweise Zugspannung, Dehnung, Zugmodul, Streck- und Bruchpunkt, kann das gedruckte Material objektiv bewertet werden. Die Daten sind in diesem Fall in zweierlei Hinsicht interessant: Es wird nicht nur das Material geprüft, auch der Drucker, der die Probe erzeugt hat, steht auf dem Prüfstand. Dank der hohen Auflösung der Prüfmaschine bzw. des Multixtens Längenänderungsaufnehmers werden auch geringfügige Änderungen sicher aufgezeichnet, was essentiell für das Feintuning der Drucker ist.

Messsystem mit integrierter Temperierkammer für Versuche zwischen –70 und 250 Grad Celsius. (Bild: Zwick)

Mit der Temperierkammer sind Messungen bei unterschiedlichen Umweltbedingungen zwischen -80 und 250 Grad Celsius möglich. Eine ausgeklügelte Luftführung sorge für homogene Wärmeverteilung und die präzise Regelung garantiert eine stabile Temperatur ohne Überschwinger. Dank vorkonfigurierter Regelparameter, die in Verbindung mit dem Zwick Roell Prüfplatzkonzept probenspezifisch einfach mit der Prüfvorschrift geladen werden können, wird die nötige Temperatur schnell erreicht. Die Abweichung von der Voreinstellung beträgt den Abgaben zufolge maximal ±1 Grad Celsius. Alle Systemfunktionen sind über die Prüfsoftware steuerbar. Dabei passt sich das Bedienlayout dem Prüfablauf an und gibt dem Benutzer ein direktes Feedback. Zudem lässt sich die Kammer dank des modularen Konzepts einfach den unterschiedlichen Bedürfnissen entsprechend einrichten.

Um Kunststoffe zu prüfen steht bei Zwick Roell neben den Universalprüfmaschinen für die Zug-, Druck- und Biegeprüfung eine umfangreiche Auswahl weiterer Maschinen und Prüfaubauten für Messungen zur Verfügung. Zeitstandversuche sind genauso im Rahmen des Möglichen wie die Ermittlung der Wärmeformbeständigkeits-Temperatur und der Vicat Erweichungstemperatur. Auch Schlagversuche mit Pendelschlagwerken, Schnellzerreißversuche und Durchstoßversuche gehören zu den typischen Prüfungen an Kunststoffproben. So lassen sich alle wichtigen Werte zur Materialcharakterisierung bestimmen.

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