Industrieller 3D-Druck in der Bildung

Drei Möglichkeiten, industriellen 3D-Druck in Bildungseinrichtungen einzusetzen

Lehren und Lernen

Industriellen 3D-Druck an Bildungseinrichtungen anbieten zu können, ist ein großer Vorteil für die Schulen und Universitäten. Die additive Fertigung eröffnet neue, vielseitige Lernmöglichkeiten durch den Zugang zu solch progressiven Technologien.

Mit dem miniFactory Ultra 3D-Drucker lernen Studierende den Unterschied zwischen dem 3D-Druck mit technischen Polymeren und Hochleistungskunststoffen kennen.

Eine Maschine wie der Ultra Drucker bietet das richtige Potenzial, Teile mit Hochleistungspolymeren zu drucken, die mit einem Desktop-Drucker nicht gefertigt werden können.
Selbst innerhalb des 3D-Drucks finden neuartige Technologien wie die Prozessüberwachung statt und entwickeln sich stetig weiter.
Das finnische Unternehmen miniFactory stellt dem Ultra 3D-Drucker das Prozessüberwachungssystem von Aarni zur Verfügung.

Die South-Eastern Finland University of Applied Sciences, kurz XAMK, lehrt mit der Aarni Software, wie der Druckprozess überwacht werden kann. Aarni zeigt, welche Daten das System liefert und wie diese bei der Validierung wiederholbarer Fertigungsprozesse für High-End-Teile genutzt werden können.

Das AMAP-Projekt und die Zusammenarbeit mit Unternehmen

Was ist das AMAP-Projekt?

Die Fachhochschule Südostfinnland (XAMK) hat ein Projekt namens AMAP gestartet.
Ziel ist es, der lokalen Industrie wertvolle Informationen über die Möglichkeiten des professionellen 3D-Drucks zur Verfügung zu stellen.
Nach einem umfassenden Vergleich wurde der Ultra 3D-Drucker als ?Working Horse? des Projekts ausgewählt.

In den Jahren 2020 und 2021 wurden im Rahmen des AMAP-Projekts Online-Schulungen zu "Teollinen 3D-tulostus" (Industrieller 3D-Druck) für alle am 3D-Druck interessierte Studierenden angeboten.

Die Teilnehmer in den Sessions lernen Dinge wie den 3D-Druckprozess, die Haltbarkeit von 3D-Drucken, Bauteil-Design, die Entscheidungsfindung beim 3D-Druck und vieles mehr kennen.
Am AMAP-Projekt sind 10 Kooperationsunternehmen beteiligt. Diese Unternehmen haben für ihre verschiedenen Forschungsprojekte vielseitige Arten von Prototypen, Vorrichtungen und Werkzeuge gedruckt.

Der Ultra 3D-Drucker ist Eigentum der Universität, dauerhaft im Einsatz und hat binnen kurzer Zeit bereits 214 Teile an der Hochschule gedruckt.
Dies zeigt die große Nachfrage, das Interesse sowie die Möglichkeiten von Hochleistungspolymeren in Kombination mit dem, was der 3D-Druck für Lehre und Industrie bieten kann.
Diese Art der Zusammenarbeit ist für beide Seiten sinnstiftend.
Bildungsinstitute können über die neuesten Technologien lehren. Sie bringen neue Ideen ein und die Studierenden lernen, wie Unternehmen mit unterschiedlichen Projekten arbeiten und sammeln dabei wertvolle Erfahrungen.

Der miniFactory Ultra ist das "Working Horse" des AMAP-Projekts. Mit nur einem System wurden verschiedenste Polymere gedruckt. Die ursprüngliche Absicht hinter der Investition in den Ultra 3D-Drucker war es, die Lücke für eine Maschine zu schließen, die Hochleistungspolymere wie ULTEMs, PEKKs usw. verarbeiten kann.

Der 3D-Druck mit Hochleistungspolymeren steht mittlerweile immer mehr Unternehmen zur Verfügung und fördert dadurch auch die Forschung zum FFF-Druck mit Industriequalität und Hochleistungskunststoffen.

Forschung

Einer der interessantesten Forschungsbereiche ist das Drucken und die Untersuchung der Leistung von Materialien mit guten Wärmeleiteigenschaften für Kühlanwendungen, wie zum Beispiel Kühlkörper.

3D-gedruckte Kühlkörper

Ein weiteres interessantes Thema ist die Topologieoptimierung.
Das bedeutet, dass je nach Design und Bedarf des Teils das Materiallayout so optimiert wird, dass sich die Leistung des Bauteils maximiert. Dadurch wird sichergestellt, dass die Struktur leicht, aber dennoch belastbar genug für die entsprechende Anwendung ist.
Die folgenden Bilder zeigen zwei unterschiedliche Beispiele für topologisch optimierte Tragkonsolen.

Topologisch optimierte Winkel-Halterung und Halterung für ein Kameramodul

Darüber hinaus setzt XAMK das weiter oben beschriebene Prozessüberwachungssystem Aarni hauptsächlich für zwei Zwecke ein.

1. Hilfe bei der Anpassung neuer Druckprofile für innovative, experimentelle Materialien.
2. Untersuchen, wie sich die Einstellung von Parametern auf die Qualität, Oberflächenstruktur, Schichthaftung und andere kritische Eigenschaften des gedruckten Teils auswirken.

Das ergibt einen neuen Ansatz für die Untersuchung des Prozesses selbst.

Fazit

Mit dem Aarni-Software-System lassen sich visuelle Erlebnisse mit leicht verständlichen Prozessdaten kombinieren.

Die Erfahrung und das Wissen im Bereich 3D-Druck innerhalb des Projekts sind stark gewachsen. Die Anwender haben auch Erkenntnisse darüber gewonnen, welche Möglichkeiten und welche Grenzen diese Technologie offenbart.

Das spiegelt sich auch in der Gestaltung der Druckteile wider. Zu Beginn des Projekts beschränkten sich die Erfahrungen mit der additiven Fertigung auf ein Minimum. Jetzt wissen alle am AMAP-Projekt beteiligten, die Vorteile des 3D-Drucks zu nutzen und die Einschränkungen zu umgehen.

Ein klares Votum für die Benutzerfreundlichkeit des Ultras. Auch ohne Vorkenntnisse kann jeder lernen, den Drucker erfolgreich zu bedienen.

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