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Covestro macht die Additive Fertigung fit für die Serienproduktion
3D-Druck in einer neuen Dimension
3D-Druck hat das Zeug, die Welt der Industrieproduktion zu revolutionieren – aber nur, wenn die passenden Rohmaterialien zur Verfügung stehen. Als führender Anbieter von Hightech-Polymeren eröffnet Covestro der Technologie neue Perspektiven jenseits von Nischenanwendungen wie dem Rapid Prototyping und ermöglicht den breiten Einsatz in der Serienproduktion. Unsere innovativen Druckmaterialien bieten Herstellern und Designern in verschiedenen Branchen ungeahnte Freiheit in puncto Funktionalität, Komplexität und Design eines Endprodukts.
Mit Blick auf die Vorteile des 3D-Drucks sieht die Industrie diese Technologie heute als eine große Chance für die effiziente Massenproduktion komplexer oder individualisierter Teile.
Roland Wagner, Technischer Leiter Resins Additive Manufacturing bei Covestro 

Covestro schafft mehr Möglichkeiten für den 3D-Druck

Verbrauchertrends im Blick

Der 3D-Druck – auch bekannt als Additive Fertigung – eignet sich hervorragend, um Antworten auf aktuelle Verbrauchertrends und -anforderungen zu finden. Diese faszinierende Technologie ermöglicht es, dreidimensionale Bauteile am Computer zu entwickeln und diese dann Schicht für Schicht mit einem 3D-Drucker zu realisieren, wofür verschiedene Drucktechniken zur Verfügung stehen. In der Additiven Fertigung lassen sich so hochkomplexe und individualisierte Teile schnell entwickeln und produzieren.

Viele Branchen haben die Vorteile von 3D-Druckverfahren längst erkannt und versuchen, die Technologie in ihre Wertschöpfungskette zu integrieren. Eine bereits etablierte Anwendung ist das Rapid Prototyping, die computergestützte und kostengünstige Herstellung von Modellen und Prototypen. Rapid Prototyping ist jedoch noch lange nicht das Ende des Weges: Unternehmen auf der ganzen Welt sind bereit, den 3D-Druck in der Großserienproduktion einzusetzen – ein Schritt, der die Welt der industriellen Fertigung, wie wir sie kennen, grundlegend verändern würde.

Hürden zu überwinden

Bis jetzt wurde dieser nächste Schritt zur Serienproduktion jedoch von Faktoren wie mangelnder Effizienz und dem Fehlen geeigneter Druckmaterialien behindert. Insbesondere Letzteres kann derzeit als "Flaschenhals" der Technologie angesehen werden: Während für etablierte Massenproduktionstechnologien rund 3.000 Materialien zur Verfügung stehen, eignen sich nur etwa 30 für den 3D-Druck. Und nur eines von diesen dreißig – Polyamid – wird bereits in erheblichem Umfang in der Serienproduktion eingesetzt. Aufgrund dieser Hürde ist es nicht immer möglich, die physikalischen und ästhetischen Eigenschaften des Endprodukts so abzustimmen, dass sie dem gewünschten Ergebnis exakt entsprechen.

Materialbaukasten für mehr Leistung im 3D-Druck

Die beiden wichtigsten Hochleistungswerkstoffe von Covestro – Polyurethan und Polycarbonat – werden im 3D-Druck eingesetzt. Das ermöglicht es uns, das volle Potenzial der Technologie in Industriebranchen rund um den Globus auszuschöpfen. Wir entwickeln neuartige Druckmaterialien, die eine Vielzahl erwünschter Eigenschaften wie Härte, Hitzebeständigkeit, Transparenz und Flexibilität unterstützen.

Bei der Verwendung in gängigen 3D-Druckverfahren zeigen sie entscheidende Vorteile gegenüber herkömmlichen Materialien: geringere Formkosten, kürzere Entwicklungszeiten und eine erhebliche Gestaltungsfreiheit für die Hersteller. Auf diese Weise bietet unsere Polyurethanchemie unseren Kunden und Partnern einen flexiblen "Werkzeugkasten" für 3D-Druckmaterialien. Insbesondere Polyurethan ist sehr vielseitig einsetzbar und kann auf viele gewünschte Eigenschaften eingestellt werden. Im Mittelpunkt unserer aktuellen Entwicklungen stehen die weitere Designoptimierung, eine höhere Funktionalität und vor allem die Expansion in die industrielle Massenproduktion. Zu diesem Zweck betreibt Covestro in Pittsburgh, Shanghai, und an unserem Firmensitz in Leverkusen spezielle Labore für den 3D-Druck. Gemeinsam mit unseren Partnern nutzen wir diese Labore, um Materiallösungen zu entwickeln und diese unter authentischen Bedingungen zu testen.

Hier finden Sie einen Überblick über die wichtigsten Techniken der Additiven Fertigung – und unsere Beiträge dazu!

So verbessert Covestro verschiedene 3D-Drucktechniken

Vielseitiges Angebot für Fused Filament Fabrication

In der Fused Filament Fabrication (FFF) wird ein Kunststofffilament durch Erwärmen verflüssigt, um Linien und Punkte auf einer Oberfläche abzuscheiden, wo sie beim Abkühlen aushärten. Durch die mehrfache Wiederholung dieses Vorgangs entsteht Schicht für Schicht ein dreidimensionales, massives Bauteil. 

Covestro bietet eine breite Auswahl an Materialien, die für den FFF-Prozess ideal geeignet sind – von flexiblen und starren thermoplastischen Polyurethanen (TPU) bis hin zu hochfestem Polycarbonat (PC). Unsere TPUs eignen sich ausgezeichnet für die Additive Fertigung. Ihr charakteristisches Schmelz- und Aushärteverhalten führt zu einer dauerhaften Verbindung zwischen den aufgebrachten Schichten, während die hervorragende Abriebfestigkeit und Elastizität von TPU erhalten bleiben. Polycarbonat ist eine gute Materialwahl für den FFF-Prozess, da es eine hohe Schlagfestigkeit, sowie ausgezeichnete thermische Stabilität und inhärenten Flammschutz bietet. Unter anderem arbeitet Covestro in diesem Bereich mit dem chinesischen Filamenthersteller Polymaker zusammen, der auf Basis von Covestro PC innovative Materialien auf Polycarbonatbasis für das FFF-Verfahren auf den Markt gebracht hat.

Erste vollflexible Materialien für das selektive Lasersintern

Powder Bed Fusion (PBF – Pulverbettbasiertes Schmelzen) ist eine additive Fertigungstechnologie, die ein dreidimensionales Teil schichtweise mit feinem Pulver als Druckmedium erzeugt. Dieses Pulver wird gesintert oder geschmolzen. Als Wärmequelle zum Verschmelzen des Materialpulvers dient dabei entweder ein Laser oder ein Elektronenstrahl.

Bei dem von Covestro angebotenen TPU-Pulver handelt es sich um die ersten flexiblen Materialien, die für das Selektive Lasersintern (SLS) zur Verfügung stehen – eine der gebräuchlichsten Drucktechniken im Powder-Bed-Fusion-Verfahren. SLS verwendet einen Laserstrahl zum Sintern eines Kunststoffpulvers.

Unser TPU weist deutliche Vorteile gegenüber den beim SLS üblicherweise benutzten Materialien auf, die tendenziell weniger fest und elastisch sind. So werden TPU-Pulver beispielsweise bereits in der industriellen Produktion individualisierter Hochleistungssohlen für Schuhe eingesetzt.

Harze der nächsten Generation für das industrielle Additive Manufacturing

Covestro entwickelt Systeme für die Stereolithografie (SLA) und das Digital Light Processing (DLP). Wenn es um Festigkeit, Flexibilität, Chemikalien- und Witterungsbeständigkeit geht, bieten diese PU-basierten Harze die einzigartige Möglichkeit, die Leistung durch das breite Spektrum an Isocyanaten und Polyolen von Covestro individuell anzupassen.

Die Schuhindustrie zeigt schon heute, was 3D-Druck anderen Branchen in der Zukunft ermöglichen wird – und welchen Beitrag Covestro dabei leisten kann.
Levent Akbas, Business Development Manager Additive Manufacturing bei Covestro

Covestro und seine Partner setzen Maßstäbe in der Schuhindustrie.

Ein Schritt voraus für kundenorientierten 3D-Druck

Viele Branchen können von den aktuellen Fortschritten in der 3D-Drucktechnologie profitieren. Ein Sektor, der das Potenzial der Technologie eindrucksvoll demonstriert, ist der Bereich moderner Schuhentwicklung. Zusammen mit verschiedenen Partnern konnte Covestro hier zukunftsweisende Projekte realisieren – vom Hightech-Sneaker bis zum orthopädischen Schuh.

Unterwegs in Richtung automatisierter Schuhproduktion

Die neuartige Technologie des Schuhklebens bedeutet einen großen Schritt in Richtung einer vollautomatischen Schuhproduktion. Heutzutage werden viele Fertigungsprozesse in der Schuherstellung noch immer manuell durchgeführt, wie z.B. das Verkleben der Laufsohle mit dem Schaft. Schuhmacher und Markeninhaber sind sehr daran interessiert, durch automatisierte Prozesse eine konstant hohe Schuhqualität zu gewährleisten. Als wichtiger Anbieter von hochwertigen Polymeren für die Schuh- und Textilindustrie unterstützen wir unsere Partner bei der Umsetzung eines innovativen Konzepts, das eine automatische und effiziente Verbindung der Laufsohle mit dem Schuhschaft ermöglicht. Ein wesentlicher Bestandteil dieses Konzepts ist ein Adhäsiv-Filament als neuartiges Klebstoff-Rohmaterial.

Dank dem neuen Konzept können Schuhgeschäfte in Zukunft den Verkauf und die Produktion zu einer Einheit zusammenfassen – ein Ansatz, der im ATOM Lab bereits implementiert wurde, der Forschungs- und Innovationsabteilung des Schuhherstellers und Covestro Partners ATOM. An der Simac Tanning Tech Messe in Mailand wurde das Konzept erstmals vorgestellt. Dabei tastet ein 3D-Scanner die Füße des Kunden ab. Auf Grundlage des Scans wird ein geeigneter Schuh konfiguriert. Mit einem einzigen Klick wird der personalisierte Schuh direkt vor den Augen des Kunden hergestellt.

Die von Covestro ermöglichte Besonderheit dabei ist der Klebevorgang von Schuhsohle und Schaft. Ein Strang eines schmelzbaren Klebstoffs, ein Klebstofffilament, wird nach dem Fused-Filament-Fabrication-(FFF)-Verfahren für kurze Zeit geschmolzen. Ein 3D-Drucker auf einem Roboterarm trägt nun diese Schmelze entsprechend dem konfigurierten Druckbild auf. Während die beiden Teile verklebt und zusammengepresst werden, kühlt der Klebstoff ab. Es kristallisiert aus und schafft eine feste und dauerhafte Klebeverbindung. Der Klebstoff hat eine lange Offenzeit und eine hohe Anfangsklebkraft, wie wir sie von Polyurethan-Dispersionen kennen.

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