007 Eigenschaften entscheiden, nicht der Materialname | Interview mit Andreas Wegner

Wir haben über etwas gesprochen, das mir in der Praxis ständig begegnet: Kunden bringen ein Spritzguss-Datenblatt mit und erwarten, dass genau dieses Material auch im Lasersintern funktioniert. Warum das fast nie klappt und woran du erkennst, ob ein Materialdatenblatt überhaupt etwas mit deinem realen Bauteil zu tun hat, erfährst du in diesem Artikel.

Wer ist Andreas Wegner und was macht AM Polymers

Andreas kommt aus dem Kunststoffbereich und hat sich schon im Studium mit 3D-Druck beschäftigt. Nach seiner Promotion im Bereich robuster Prozesse hat er erkannt, dass die Materialauswahl im Lasersintern damals stark eingeschränkt war. 2014 hat er AM Polymers gegründet und die Firma seitdem Stück für Stück zum Materialhersteller aufgebaut. Heute stehen acht unterschiedliche Polymere mit über 30 Produkten im Portfolio, darunter PA12, PA11, TPU, PP, PBT, PA6, PA66 und Polyethylen. Ziel war und ist es, über die klassischen, weit verbreiteten Materialien hinaus neue Anwendungen im Lasersintern zu ermöglichen.

Warum SLS und nicht Spritzguss oder FDM

Andreas hat mir erzählt, was ihn am 3D-Druck von Anfang an fasziniert hat: aus einem formlosen Stoff, ohne Werkzeug, ein fertiges Bauteil zu machen. Den Ausschlag gab eine Antrittsvorlesung von Professor Schmachtenberg, der später als Rektor an die RWTH Aachen gewechselt ist.

Dass die Wahl auf SLS und nicht auf FDM fiel, hatte einen klaren technischen Grund. Zurückblickend auf 2010 war FDM in Materialauswahl und Eigenschaften noch deutlich eingeschränkter als heute. Lasersintern lieferte dagegen von Anfang an Festigkeiten und E-Modul im Bereich von Spritzgussteilen, mit einer akzeptablen Bruchdehnung. Damit waren die Bauteile direkt einsetzbar, während FDM mit schlechter Schichtanbindung und undichten Bauteilen zu kämpfen hatte. Genau deshalb galt Lasersintern lange als das Verfahren für serienfertigungsnahe Teile, auch wenn sich dieser Abstand mittlerweile etwas verschoben hat.

Warum "das gleiche Material" im 3D-Druck oft etwas anderes ist

Das PA6-GF30-Beispiel

Kunden kommen häufig mit ihrem Spritzguss-Datenblatt und wollen genau dieses Material 1:1 als Lasersinter-Material haben. Das funktioniert nach Andreas' Erfahrung meistens nicht, weil das Lasersintern ein relativ hohes Anforderungsspektrum an Materialien stellt. Deshalb dominieren PA12 und PA11 den Markt. Beide funktionieren relativ gut, haben ein großes Prozessfenster und liefern am Ende gute Eigenschaften.

Andreas hat mir eine Geschichte erzählt, die zeigt, wie oft Materialwahl auf Zufall statt auf Anforderung beruht. Ein Kunde wollte unbedingt ein PA6 GF30 haben. Als Andreas nach den benötigten Eigenschaften fragte, wusste der Kunde es selbst nicht und musste intern recherchieren. Die Antwort, die zurückkam: Der damalige Spritzgießer hatte PA6 GF30 einfach als Standardmaterial im Programm. Es war günstig, es hat funktioniert, aber die eigentliche Anwendung hat die Temperaturbeständigkeit des Materials nie ausgereizt. Am Ende war die Materialwahl für das Bauteil komplett irrelevant, sie wurde einfach übernommen, weil sie da war.

Das Problem dahinter ist strukturell. Materialien werden seit Jahrzehnten genutzt, aber die Leute, die sie damals ausgewählt haben, sind längst in Rente. Das Wissen, warum ein bestimmtes Material gewählt wurde, geht dabei verloren. Genau deshalb wird es für Anbieter wie AM Polymers wichtiger, mit dem Kunden über die tatsächlich relevanten Eigenschaften zu sprechen, statt über einen Materialnamen zu diskutieren.

Warum du Datenblättern im 3D-Druck nicht blind vertrauen solltest

Ein Punkt, den Andreas besonders kritisch sieht: Viele Hersteller nutzen für ihr Filament-Datenblatt die Spritzguss-Eigenschaften des Rohmaterials, also die Werte, bevor das Filament überhaupt extrudiert wurde. Diese Werte liegen weit weg von dem, was am Ende tatsächlich gedruckt wird.

AM Polymers geht bewusst einen anderen Weg. Andreas verwendet nur Kennwerte, die tatsächlich an eigenen Bauteilen ermittelt wurden. Wie belastbar dieser Anspruch ist, zeigt ein Test, den AM Polymers selbst durchgeführt hat: Sie haben versucht, die Datenblattwerte eines Standard-PA12 über den gesamten Bauraum einer Maschine zu reproduzieren, mit Standard-Setup, Standardmaterial und den vom Hersteller vorgegebenen Parametern. Es ist ihnen nicht gelungen. Wenn man dann noch zusätzlich an Parametern dreht, wird es aus seiner Sicht nur noch schwieriger, vorherzusagen, was am Ende wirklich herauskommt.

Schichtstärke, Qualität und der Preis dahinter

Ich fahre meine SLS-Teile bewusst bei 100 Mikrometer statt bei 120 oder 150 Mikrometer und habe an meiner neuen Maschine zusätzlich den Fokusdurchmesser gegenüber dem Standard reduzieren lassen. Das kostet deutlich Geschwindigkeit im Prozess. Dafür werden die mechanische Qualität und die Eigenschaften der Bauteile spürbar besser, und genau darauf kommt es in der Serienfertigung an.

Das ist auch der Grund, warum zwei Anbieter dasselbe Materialdatenblatt teilen können und trotzdem völlig unterschiedliche Bauteile liefern. Ein Teil, das mit 150 Mikrometer Schichtstärke gebaut wurde, hat ein anderes Eigenschaftsspektrum als eines mit 100 oder 80 Mikrometer, obwohl auf beiden Datenblättern PA12 steht. Vielen Kunden fehlt das Bewusstsein dafür, dass hier ein Unterschied besteht. Wenn Anbieter Kennwerte teilen, ohne sie auf der eigenen Maschine überhaupt geprüft zu haben, und Teile am Ende nicht das leisten, was versprochen wurde, beschädigt das Vertrauen in 3D-Druck als Fertigungsverfahren insgesamt.

Wird 3D-Druck den Spritzguss bei großen Stückzahlen verdrängen

Auf diese Frage hat Andreas eine klare Antwort: Nein. Selbst wenn das Material irgendwann nur noch 3 Euro pro Kilo kosten würde, sieht er den 3D-Druck nicht im Millionenstückzahl-Bereich. Sein Vergleich dazu: Eine CNC-Maschine wird für die Kunststoffbearbeitung in Millionenstückzahl auch nie die richtige Wahl sein. Der Mehrwert des 3D-Drucks muss woanders liegen als in einem reinen Kostenvergleich mit dem Spritzguss.

Gleichzeitig steht die Branche aktuell unter erheblichem Druck. In den Boomjahren wurde am Markt deutlich mehr Kapazität aufgebaut, als heute gebraucht wird. Die Teilepreise sinken dadurch, aber die Mengen steigen nicht im gleichen Maß. Andreas nennt das selbst ein "sehr gefährliches Balance-Spiel".

Wo der 3D-Druck wirklich seinen Fit hat

Wenn der Preisvergleich mit dem Spritzguss nicht der richtige Maßstab ist, wo liegt dann der eigentliche Vorteil? Aus meiner eigenen Praxis kenne ich zwei Situationen, in denen sich 3D-Druck klar durchsetzt.

Die erste: kleine Stückzahlen ohne Lagerrisiko. Ein Teilepreis von 9 Euro statt 30 Cent klingt zunächst teuer. Wenn du aber nur 10 bis 15, vielleicht 50 bis 100 Teile im Jahr brauchst, lohnt sich kein Spritzgusswerkzeug für 10.000 Stück, bei dem du dir noch nicht einmal sicher bist, ob du diese Menge in den nächsten 40 Jahren überhaupt verkaufst.

Die zweite: ein Werkzeug am Lebensende. Ein Spritzgusswerkzeug, das ursprünglich für mehrere Millionen Teile ausgelegt war, ist nach 1,2 bis 10 Millionen Teilen irreparabel. Der verbleibende Bedarf liegt aber nur noch bei 10.000 bis 15.000 Teilen im Jahr. Eine Neuinvestition von 200.000 bis 300.000 Euro in ein neues Werkzeug lohnt sich für diese Stückzahl schlicht nicht mehr. Genau hier setzt der 3D-Druck an.

Kleine Desktop-SLS-Anlagen gegen große Industriemaschinen

Ähnlich wie sich der FDM-Markt durch günstige Desktop-Drucker verändert hat, passiert das gerade auch im SLS. Wo früher fast ausschließlich Anlagen für über 100.000 Euro erhältlich waren, wie sie große Hersteller früher anboten, bringen Formlabs, Sinterit und Raise 3D heute Maschinen für 30.000 bis 50.000 Euro auf den Markt.

Ein Garant für Erfolg ist das aber nicht. Sintratec musste trotz dieses Trends Insolvenz anmelden. Und die kleinen Anlagen können die großen nicht einfach ersetzen. Meine eigene, größere Maschine hat etwa die 12- bis 16-fache Kapazität einer Formlabs Fuse 1. Bei größeren Bauteilen jenseits von etwa 100 Millimeter wird das Packen auf kleinen Maschinen zunehmend unkomfortabel.

Kleine Maschinen sind zudem meist geschlossene Systeme. Das hat einen einfachen Grund: Viele Nutzer sind keine Kunststoffexperten. Anders als im Spritzguss, wo es eine eigene Ausbildung gibt, existiert für den 3D-Druck bislang keine vergleichbare Fachrichtung. Bei großen Maschinen mit häufigem Materialwechsel kommt außerdem ein hoher Handling-Aufwand dazu, tägliche Grundreinigung inklusive, was für viele Dienstleister nach Andreas' Einschätzung "der absolute Horror" wäre. Irgendwann kippt die Rechnung: Wenn der Personalaufwand zu hoch wird, frisst er die Kostenvorteile kleinerer Maschinen wieder auf.

Was das für die Branche bedeutet

Andreas sieht beide Marktsegmente nicht als Konkurrenz zueinander, sondern als Ergänzung. Kleine Maschinen werden den SLS-Markt in den nächsten Jahren ähnlich befeuern, wie es günstige FDM-Maschinen in der Vergangenheit getan haben. Mehr Anbieter am Markt bedeuten auch mehr Wettbewerb und mehr Druck in Richtung Weiterentwicklung. Das begrüßt Andreas ausdrücklich, denn im Lasersintern gab es über Jahre nur sehr wenige Player, anders als beispielsweise im Metall-3D-Druck. Das hat die Maschinenweiterentwicklung eher gebremst als beschleunigt.