10 Gründe, warum Sie den 3D-Druck mit Pellets nutzen sollten
In der Kunststoffindustrie versteht man unter Pellets (oder Granulat) kleine Körnchen unterschiedlicher Form (kleine Zylinder oder Scheiben) aus Polymeren oder Polymermischungen. Diese werden als Rohmaterial für die Herstellung von Kunststoff-Fertigprodukten mithilfe verschiedener Technologien, einschließlich der additiven Fertigung, verwendet. Bei der additiven Technologie, die bei Pellets zum Einsatz kommt, handelt es sich um die Extrusion des Materials, die oft mit der Verwendung von Filamenten verglichen wird. Heute werden wir einen Blick darauf werfen, warum die Verwendung von Pellets beim 3D-Druck von Vorteil sein kann, und analysieren die zehn wichtigsten Gründe, warum sich Hersteller und Anwender für diese Technologie entscheiden. Dabei geht es nicht nur um die Form des verwendeten Materials, sondern auch um die Art des Materials, die verwendeten Maschinen, die Endanwendungen, die Größe der Teile, die Flexibilität und Geschwindigkeit des Drucks sowie den Aspekt der Nachhaltigkeit der Pellets. Auf all diese und weitere Punkte gehen wir im Folgenden ein.
#1: Große Auswahl an Materialien
Einer der ersten Beweggründe für die Einführung des 3D-Drucks mit Pellets ist die Möglichkeit, auf eine breite Palette von Materialien zurückgreifen zu können. Bei der FFF-Technologie sind die in Form von Filamenten verfügbaren Materialien zwar zahlreich, aber weniger zahlreich als die in Form von Pellets. Dies liegt daran, dass das Pelletierverfahren die Umwandlung eines Kunststoffs in Pellets ermöglicht, ohne das Ausgangspolymer wesentlich zu beeinträchtigen, wie es bei der Herstellung von Filamenten der Fall ist. Pellets ermöglichen daher die Verwendung von Rohpolymeren, Thermoplasten und sogar Verbundwerkstoffen mit Zusätzen wie Glas- oder Kohlenstofffasern. Dies ermöglicht es, mit neuen Formulierungen zu experimentieren, die mechanischen, thermischen oder ästhetischen Eigenschaften des Endprodukts anzupassen und maßgeschneiderte Formulierungen zu erhalten. Schließlich wird das Granulat auch in anderen Produktionstechnologien wie dem Spritzgussverfahren eingesetzt, was die Auswahl an Materialien erweitert.
#2: Größere Flexibilität beim 3D-Druck
Ein weiterer Grund für die Verwendung von Pellets im 3D-Druck ist die Möglichkeit, verschiedene Maschinen einzusetzen, von Desktop-3D-Druckern bis hin zu Roboterarmen, die große Teile herstellen. Der 3D-Roboterdruck bietet ein hohes Maß an Druckflexibilität, da er auf 5 Achsen und auf sehr großen Flächen arbeiten kann, was die Herstellung mittelgroßer und großer Teile für eine Vielzahl von Sektoren ermöglicht: vom Bauwesen über das Design bis hin zum Transportwesen und darüber hinaus. Pellets eignen sich besonders für den großformatigen 3D-Druck (LFAM), da die Verwendung großer Materialmengen in Form von Filamenten wirtschaftlich nachteilig wäre. Außerdem ermöglicht die Verwendung von Pellets den Einsatz von Extrudern mit einem größeren Durchmesser als 0,8 mm (Grenzwert für den 3D-Druck mit Filamenten), was ideal für größere und schnellere Drucke ist.
#3: Geringere Kosten
Einer der Hauptgründe für die Einführung des 3D-Drucks mit Pellets sind zweifelsohne die Kosteneinsparungen. Wenn man bedenkt, dass Filamente aus Pellets hergestellt werden, kann man sich vorstellen, dass die Kosten für Pellets im Vergleich zu Filamenten viel niedriger sind (geschätzte 65-90 % weniger Druckkosten pro Kilo). Da Pellets auch in anderen Technologien wie dem Spritzguss verwendet werden, wird der Markt viel größer und die Kosten sinken.
Der wirtschaftliche Vorteil wird noch deutlicher, wenn große Materialmengen und große Teile in allgemein kürzerer Zeit gedruckt werden als beim Druck mit Filamenten. Darüber hinaus ermöglicht die Wahl von Granulat auch die Verwendung von billigeren oder recycelten Materialien, was die Kosten weiter senkt und die Kreislaufwirtschaft fördert. Es sei darauf hingewiesen, dass die Kosten für die Infrastruktur immer noch hoch sind, da es sich häufig um große Maschinen handelt. Der 3D-Druck mit Pellets ermöglicht jedoch Flexibilität in dieser Hinsicht, und kleine und mittlere Unternehmen können nun ihre eigenen Maschinen zu geringeren Kosten bauen.
#4: Kreislaufwirtschaft
Die Verwendung von Pellets im 3D-Druck fördert die Kreislaufwirtschaft in mehrfacher Hinsicht. Erstens können Pellets aus recycelten Materialien hergestellt werden, wodurch Kunststoffabfälle reduziert und wieder in den Produktionskreislauf eingebracht werden können. Pellet-3D-Drucker ermöglichen nämlich die Verwendung von regenerierten oder industriellen Kunststoffabfällen, wodurch der Bedarf an neuen Rohstoffen verringert wird. Zweitens haben die Nutzer die Möglichkeit, Druckerzeugnisse oder fehlerhafte Drucke direkt zu recyceln, was den gesamten Druckprozess nachhaltiger macht und die Umweltbelastung verringert. Dieser Ansatz steht im Einklang mit den Grundsätzen der Kreislaufwirtschaft, in der die Wiederverwendung von Materialien eine wesentliche Rolle spielt, um Abfall und Energieverbrauch zu reduzieren.
In Zusammenarbeit mit WASP stellte Reflow das rPPGF-Material aus Fischernetzen her, die recycelt und für den 3D-Druck pelletiert wurden. (Bildnachweise: WASP)
#5: Schnellere Produktionsgeschwindigkeit
Die additive Fertigung mit Pellets ist vor allem deshalb schnell, weil Maschinen mit größeren Düsendurchmessern als beim FFF-3D-Druck verwendet werden können. Dies erhöht die Druck- und Produktionsgeschwindigkeit und trägt zu niedrigeren Kosten bei. Dieser Punkt hat jedoch auch einen weniger positiven Aspekt: Durch die Erhöhung der Düsengröße und der Druckgeschwindigkeit verlieren die fertigen Teile an Details und Komplexität.
#6: Geringeres Risiko von Druckunterbrechungen
Beim 3D-Druck mit Pellets ist das Risiko von Druckunterbrechungen und -problemen im Vergleich zu herkömmlichen Filamenten aufgrund der Art des Direktextrusionsverfahrens geringer. Die Pellets werden gleichmäßig geschmolzen, sodass das Material nicht wie bei Filamentspulen während des Prozesses gewechselt werden muss. Da Pellets in Granulatform vorliegen, sind sie außerdem nicht den für Filamente typischen Verdrehungen oder Verformungen ausgesetzt, wodurch die Möglichkeit von Verstopfungen oder Staus im Extruder verringert wird. Die Konfiguration der Granulat-Extrusionssysteme ist so ausgelegt, dass sie größere Volumina und kontinuierliche Materialströme verarbeiten können, was den Druckprozess reibungsloser und zuverlässiger macht. Allerdings ist die Form der Pellets für den 3D-Druck von entscheidender Bedeutung: Bevor mit dem Druck begonnen wird, muss sichergestellt werden, dass die Pellets mit dem verwendeten 3D-Drucker kompatibel sind.
#7: Multi-Material- und Multifarb-3D-Druck
Zu den Vorteilen des 3D-Drucks mit Pellets gehört auch die Möglichkeit, verschiedene Materialien direkt im Druckkopf des Geräts zu mischen. Natürlich müssen die Drucktemperaturen und die spezifischen Eigenschaften der einzelnen Materialien ermittelt und der am besten geeignete Drucker ausgewählt werden. Darüber hinaus ist es möglich, dem Granulat Farbzusätze beizumischen und mehrfarbige oder andersfarbige Teile in einem einzigen Druckvorgang herzustellen. Auf diese Weise lassen sich Teile mit einzigartigen und stark individualisierten Eigenschaften herstellen.
Die Verwendung von Pellets im 3D-Druck ermöglicht eine große Auswahl an Materialien und Farben sowie eine größere Flexibilität beim Druck. (Bild: Pollen)
#8: Eigenschaften der Endprodukte
Bei der Verarbeitung von Granulat können hohe Endeigenschaften erzielt werden, da die Eigenschaften des Ausgangsmaterials erhalten bleiben. Mit Filamenten können nicht dieselben Ergebnisse erzielt werden, da sich die Eigenschaften des Endprodukts aufgrund von Veränderungen im Druckprozess von denen des Ausgangsmaterials unterscheiden. Die Verwendung von Pellets im 3D-Druck ermöglicht es, Teile mit denselben chemischen und physikalischen Eigenschaften wie beim Spritzguss zu erhalten.
#9: Vereinfachte Produktion
Wie bereits erwähnt, werden Materialien in Form von Pellets auch in anderen Produktionstechnologien verwendet. Die Verwendung von Pellets vereinfacht daher die Produktion, da ein und dasselbe Material sowohl für die additive Fertigung als auch für andere Verfahren verwendet werden kann. Dies ist besonders vorteilhaft für Unternehmen, die mit mehreren Technologien arbeiten und so die Verwaltung der Rohstoffe optimieren, die Logistikkosten senken und die gesamte Lieferkette vereinfachen können. Die Verwendung von Granulat ermöglicht beispielsweise einen schnellen Übergang vom Prototyping zur Serienproduktion. Pellets ermöglichen so, während des Prototyping-Prozesses die Eigenschaften eines Materials mit 3D-Druck zu testen und dann schnell zur Serienproduktion mit Spritzguss überzugehen.
Die Zahl der 3D-Pelletdrucklösungen auf dem Markt nimmt zu, sowohl bei LFAM-Lösungen als auch bei kleineren Formaten. (Bild: Tumaker)
#10: Wachsender Markt
Aus all diesen Gründen entscheiden sich immer mehr Anwender für den 3D-Druck mit Pelelts, um Vorteile in Bezug auf Kosten, Zeit, Flexibilität und Nachhaltigkeit zu erzielen.
Zweifellos ist die Technologie weniger weit verbreitet als der 3D-Druck durch Filamentextrusion, aber die Auswahl an 3D-Granulatdrucklösungen auf dem Markt wird immer größer. Grenzen für die Verbreitung der Technologie sind vor allem die hohen Kosten der Maschinen, die im Allgemeinen komplexer und größer sind, oder die geringe Genauigkeit der Drucke. Unternehmen und Start-ups versuchen daher, erschwinglichere Lösungen auf den Markt zu bringen, speziell für den 3D-Druck entwickelte Pellets oder optimierte Extruder, die an die bereits im Besitz von Unternehmen befindlichen Maschinen angepasst werden können. Schließlich bietet die Möglichkeit, recycelte Materialien in Pellets zu verwenden und eine Kreislaufwirtschaft zu fördern, heute eine wichtige Motivation, die Technologie für eine nachhaltigere Produktion in der Zukunft weiterzuentwickeln.
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