In Zusammenarbeit mit der Universität Trier und einem Deutschen Ingenieurbüro hat die OPTIMUM Maschinen Germany GmbH einen neuen 3D-Druckkopf entwickelt, der auf der CNC-Fräsmaschine OPTIMUM FU5 oder einer anderen 5 Achsfräsmaschine mit Siemens 840DSL Steuerung unter Anwendung der Siemens-Software NX einen 5-achsigen 3D-Druck ermöglicht.
Der neue Druckkopf 5X ist eine Weiterentwicklung des bekannten 3-Achs-Druckkopfs Optimill 3X, der als Maschinenkomponente zu den CNC-Fräsmaschinen von OPTIMUM bereits seit 2018 erfolgreich im Einsatz ist. Im Vergleich zum 3-achsigen Druckverfahren bringt Optimill 5X jedoch einen klaren Vorteil mit sich: Durch das Drucken auf fünf Achsen wird nicht nur Zeit eingespart, sondern auch eine höhere Stabilität der gedruckten Bauteile erreicht. Das Material kann in den Verlauf der Belastungsrichtung des Bauteils gedruckt werden. Ein 3-achsiger 3D-Druck erfordert ab einem Winkel von etwa 60° Stützkonstruktionen, die zusammen mit dem Bauteil gedruckt werden. Dies verlangt einen erhöhten Zeit- und Materialaufwand, da diese nach dem Druck wieder entfernt werden müssen. Durch das Anstellen der vierten und fünften Achse kann mithilfe des neuen Druckkopfs Optimill 5X nun auf derartige Stützkonstruktionen verzichtet und das Bauteil in einem Stück ganz ohne Stützen gedruckt werden. Dadurch werden die Oberflächen verbessert und Treppeneffekte können durch den 5-Achs Druck vermieden werden.
Im Rahmen dieser Neuentwicklung hat OPTIMUM verschiedene weitere Komponenten des 3D-Druckkopfs überarbeitet und optimiert, sodass künftig noch präzisere Resultate erzielt werden. So wurde beispielsweise die Auskraglänge des Hot Ends verbessert, um Störkanten zu reduzieren, und die Heizung wurde auf eine Ringkernheizung umgestellt. Die Verbesserung der Heizung führt zum gleichmäßigen und schnelleren Aufschmelzen des Filaments. Dadurch können auch große Durchflussmengen realisiert werden. Dies ist notwendig, um den Druckprozess zu beschleunigen und /oder mit großen Düsendurchmessern zu arbeiten.
Um alle Funktionalitäten des Druckkopfs Optimill 5X auszuschöpfen, empfiehlt sich der Einsatz der Siemens-Software NX, da OPTIMUM hierfür einen passenden Postprozessor und eine geeignete Maschinen-Integration anbieten kann. Grundsätzlich sind aber auch andere CAD/CAM Systeme in der Lage, die komplexe 5-achsige Bewegungsführung zu programmieren. In diesem Fall ist es allerdings ratsam, Rücksprache mit dem Anbieter zu halten, um sicherzustellen, dass der erstellte Post-Prozessor mit der OPTIMUM-Hardware kompatibel ist.
Natürlich haben Sie jederzeit die Möglichkeit, mit dem Optimill 5X Druckkopf auch einen gewöhnlichen 3-Achs-Druck auszuführen. Hierfür bedienen Sie sich der Programmiersoftware Cura.
5-achsiger Druck unter Anwendung von Siemens NX
Um nicht nur die Planung, sondern auch eine vollständige Simulation der Werkzeugmaschine in Siemens NX durchführen zu können, sind mehrere Voraussetzungen zu erfüllen: Zum einen muss ein 3D-Modell der Werkzeugmaschine vorliegen, das zuvor kinematisiert worden ist und über einen hinterlegten Postprozessor verfügt. Zum anderen muss auch der für die Fertigung benötigte Druckkopf als Modell hinterlegt werden, um eine realitätsnahe Simulation darstellen zu können. Darüber hinaus ist das zu druckende Bauteil vor der Fertigung als Modell zu erstellen. Dies kann entweder direkt in NX konstruiert werden oder Sie nutzen dafür alternative Systeme und Dateiformte und importieren die Modelle anschließend in NX.