„Ziel war ein unkompliziertes, kostengünstiges AM-Verfahren“

AIM3D

Die junge AIM3D GmbH aus Rostock treibt mit dem Composite Extrusion Modeling (CEM) ein eigenes additives Fertigungsverfahren voran und baut entsprechende Anlagen. Im Interview erklärt Geschäftsführer Dr. Vincent Morrison, worin sich CEM von bisherigen AM-Verfahren unterscheidet, welche Materialien sich damit verarbeiten lassen - und wie er sich typische AM-Prozessketten im Jahr 2030 vorstellt.

Können Sie uns AIM3D bitte kurz vorstellen?

Dr. Vincent Morrison: Gern. Wir sind eine Ausgründung der Uni Rostock, seit Februar 2017 offiziell als Unternehmen registriert und sind heute zehn Mitarbeiter. Im Studium haben wir AM-Anlagen verschiedener Hersteller kennengelernt und dabei einige Schwächen bemerkt. Hohe Kosten, komplizierte Handhabung und mangelnde Praktikabilität: angefangen vom Explosions- und Arbeitsschutz bis hin zum problematischen Pulverhandling. Seit 2014 arbeiten wir an dem Ziel, ein unkomplizierteres, kostengünstigeres AM-Verfahren zu entwickeln. Hierbei sind wir auf das Metall-/Keramik-Spritzgießen (Metal/Ceramic Injection Moulding) gestoßen. MIM und CIM sind etablierte Verfahren, für die es Konstruktionsrichtlinien und ein sehr breites Angebot an Granulaten gibt. Diese bestehen aus Thermoplasten, die mit Metallen, Keramiken oder Fasern gefüllt sind. Auf Basis dieser Granulate haben wir unser Composite Extrusion Modeling-(CEM)-Verfahren entwickelt - und zum Patent angemeldet. Unsere erste Anlage kommt dieser Tage auf den Markt. Darin wird das Granulat geschmolzen und per Schneckenextruder durch eine Düse gepresst. Analog zum FFF-Verfahren baut sie mit dem strangweise extrudierten Material schichtweise ein Bauteil auf. Dieses wird anschließend wahlweise chemisch oder thermisch vom Bindermaterial befreit und im Sinterprozess verdichtet.

Welche Materialien lassen sich damit verarbeiten?

Morrison: Nahezu alle verfügbaren Spritzgussgranulate, die es mit Metallfüllungen von Edel- und Werkzeugstählen über Hartmetalle bis zu Nichteisenmetallen wie Kupfer, Aluminium 6061, Titan 64 und Wolfram gibt. Daneben sind keramische Füllungen wie Aluminium- und Zirkonoxid oder Siliciumnitrid verfügbar. Und es gibt vielfältige Kunststoffgranulate, darunter auch glas- und mineralfasergefüllte Thermoplaste. All diese Materialien sind über Jahrzehnte gereift und qualifiziert. Unter anderem geben ihre Hersteller den Schrumpf im Sinterprozess so exakt an, dass Konstrukteure auf die dritte Nachkommastelle genau wissen, um wie viel Prozent sie Bauteile größer auslegen müssen. Anwender können sich auf besagte Konstruktionsrichtlinien stützen, die unter anderem für Überhänge oder sehr hohe Bauteile Antworten liefern.

Welchen Teil der Wertschöpfungskette im Additive Manufacturing decken Sie ab?

Morrison: Wir konzentrieren uns voll auf den Anlagenbau. Aber selbstverständlich unterstützen wir unsere Kunden bei der Materialauswahl und bei der Anpassung unserer Anlagen an ihre konkreten Anwendungen.

Worin unterscheiden sich Ihre Anlagen vom Wettbewerb?

Morrison: Wir haben einen kompakten Extruder entwickelt, der die genannte Vielfalt an metall-, keramik- oder fasergefüllten Granulaten verarbeitet, je nach Düse Aufbauraten bis 160 cm³ pro Stunde erreicht und ohne Rein-/Trockenraumbedingungen oder Explosionsschutzvorkehrungen höchste Prozessstabilität gewährleistet. Die Handhabung ist völlig unkompliziert. Hinzu kommen Materialkostenvorteile um Faktor 3 bis 10 gegenüber Filamenten oder den pulverförmigen AM-Werkstoffen. Unser Verfahren ist offen und variabel. So können Kunden Düsendurchmesser frei wählen – bis hinab auf 250 µm. Und sie haben die Wahl zwischen wasser-, lösemittelbasierten oder katalytischen Materialsystemen. Letztere lassen sich im Ofen mit Salpetersäure-Zusatz sehr schnell und umfassend entbindern, auch wenn Bauteile massiv und sehr komplex sind. Wir möchten Voraussetzungen dafür schaffen, dass sich unsere Kunden mit der Zeit spezialisieren und jederzeit experimentieren können.

Wo sehen Sie den größten Entwicklungsbedarf für die AM-Branche?

Morrison: In der Kostenreduktion und im Qualitätsmanagement sehe ich die drängendsten Aufgaben. Erst wenn die gelöst sind, macht Automation im großen Stil Sinn. Automatisierung allein kann die Kostenproblematik im Additive Manufacturing nicht lösen. Die Baukosten der meisten AM-Verfahren liegen zwischen 600 und 1.200 €/kg. Das ist für viele Anwendungen zu viel. Um als Serienverfahren in Betracht zu kommen, ist neben dem Kostenproblem auch die Qualitätsfrage zu klären. Denn effiziente Qualitätssicherung wird in vielen Branchen zwingend vorausgesetzt.

Wie stellen Sie sich die typische AM-Prozesskette im Jahr 2030 vor?

Morrison: In unserem Fall stelle ich sie mir so vor, dass bis zu zwanzig unserer Anlagen um einen großen Sinterofen positioniert sind. Die Wirtschaftlichkeit hängt bei uns weniger vom 3D-Drucker als von der Ofengröße ab. Gerade bei mittelgroßen Bauteilen bis circa 20 cm Größe in Stückzahlen zwischen 50 und 2.000 sehe ich großes Potential für unser Verfahren - und Bedarf an Automatisierung. Die 3D-gedruckten Grünlinge könnten 2030 von Robotern entnommen und per Laufband zum Ofen transportiert werden.

Abschlussfrage: Mit welchen Zielen haben Sie sich der Arbeitsgemeinschaft Additive Manufacturing im VDMA angeschlossen?

Morrison: Aktuell erleben wir den Vorteil, dass wir als Start-up mit renommierten Unternehmen aus der Arbeitsgemeinschaft einen Gemeinschaftsstand auf der formnext (13. bis 16.11.2018 in Frankfurt) gestalten können. Grundsätzlich schätze ich es, dass die Plattform Gleichgesinnte zusammenbringt, die ihrer Zeit und dem Markt voraus sind. Die Vielfalt der Perspektiven und die Beschäftigung mit neuen Gedankengängen helfen uns sehr dabei, unsere Produkte besser und vernünftiger auf die Zukunft und den Markt abzustimmen.