Schmierfreie Lagertechnik und kompakte Energieführungen für Multidüsen-3D-Drucker

Der Multidüsen-3D-Drucker FX-7 Pro der Liqtra GmbH gehört zu den produktivsten „Fused-Filament-Fabrication-3D-Druckern“, die aktuell erhältlich sind (Stand 2023). Im Vergleich zum Einzeldüsendruck können Prozesszeiten durchschnittlich um 75 % reduziert und die Bauteilfestigkeit in Aufbaurichtung um bis zu 37 % gesteigert werden. Der Einsatzfokus liegt bei Liqtra aktuell auf der Orthopädie: Prothesen und Orthesen aus Polypropylen lassen sich als Einzelfertigungen, angepasst an die individuellen Bedürfnisse des Patienten, schnell und wirtschaftlich mit dem 3D-Drucker fertigen – und das auch direkt vor Ort in der Klinik oder im Orthopädiehaus.

Die Multidüsentechnologie benötigt eine große Materialbevorratung. Der FX-7 Pro ist deshalb mit einer Materialkammer für acht Filamentrollen ausgestattet, aus denen gleichzeitig Material entnommen wird. Hier sahen die Konstrukteure bei den anfangs eingesetzten Lagerrollen für die Filamente Verbesserungspotenzial, denn das Design und die Montage der Welle waren mit hohem Aufwand verbunden.

Für die z-Achse des 3D-Druckers suchte man nach einer langlebigen Antriebstechnik, die den rund 80°C heißen Temperaturen im Inneren des Druckers problemlos standhält und möglichst kompakt ist, um im begrenzten Bauraum Platz zu finden. Diese Anforderungen müssen auch die Leitungsführungen erfüllen, die dafür sorgen, dass die Stromversorgung und der Datentransport zuverlässig funktionieren.

Mit unseren motion plastics hatten wir bei igus die passenden Lösungen für den Einsatz im 3D-Drucker parat. Die Antwort auf das Lagerrollen-Problem sind fertig konfektionierte xiros Tragrollen mit Endkappen, die Liqtra als Spritzgussteile in Sonderform kostengünstig bestellen kann. Die Tragrollen bestehen aus Kunststoff-Kugellagern und dünnwandigen Rohren, die gegenüber metallischen Lösungen bis 48 % Gewichtsersparnis ermöglichen und im Gegensatz zu metallischen Kugellagern deutlich besser beschleunigen und verzögern. Durch diesen Vorteil müssen keine zusätzlichen Bremsen verwendet werden. Die praktisch verschleißfreien Lager arbeiten zudem ohne Schmiermittel, verkraften Temperaturen bis zu 80 °C und erweisen sich als staub- und schmutzunempfindlich.

Den Vorteil des wartungsfreiem Trockenlaufs nutzt Liqtra auch in der z-Achse: Hier kommen dryspin Trapezgewindespindeln in Sonderform mit Kunststoff-Gewindemuttern mit Flansch zu Einsatz. In ihren Eigenschaften und Geometrien perfekt aufeinander abgestimmt, erzielen sie hohe Wirkungsgrade bei geringem Reibwert und niedrigen Verschleißraten. Ergänzt wird das Antriebssystem durch einen drylin E-Spindelschrittmotor. Er bietet hohe Drehzahlen, arbeitet präzise und lässt sich einfach ansteuern. Dank seiner kompakten Bauform lässt es sich sehr gut in den begrenzten Bauraum integrieren.

Mit einem platzsparenden Design punkten auch unsere Energieketten. Im FX-7 Pro werden die Serien E2.1 für mittlere und E4.1 für höhere Lasten eingesetzt. Um genügend Bauraum für die Zuführung der acht Filamente zu schaffen, ist die e-kette am Druckkopf seitlich in waagerechter Einbaulage installiert. Sie führt die Leitungen sicher und hält den hohen Kräften, die durch die hohe Anzahl an Zuleitungen entstehen, problemlos stand.