Chemie & Life Sciences

Additive Fertigung mit Siliconen

Interview mit Dr. Bernd Pachaly über die Möglichkeiten und die Zukunft der 3D-Drucktechnologie

11.10.2016 -

Bei Wacker in Burghausen entsteht derzeit 3D-Technologiezentrum mit Produktion und einem Entwicklungslabor. Produktentwickler und Designer können dort testen, ob die von dem Münchener Unternehmen entwickelte 3D-Technologie auch für die Realisierung eigener Projekte geeignet ist. Eine Reihe von Hochleistungsdruckern steht für die Teilefertigung und für die Verfahrensentwicklung zur Verfügung. Dr. Birgit Megges befragte Dr. Bernd Pachaly, Leiter der Service Unit Innovation Silicones und des Projekts „3D-Druck mit Silicon“ bei Wacker über die Möglichkeiten und die Zukunft der 3D-Drucktechnologie.

Herr Dr. Pachaly, welche Ziele verfolgen Sie mit dem Projekt „3D-Druck mit Silicon“?

Dr. B. Pachaly: Der 3D-Druck ist eine faszinierende Technologie, die sich eigentlich erst jetzt zu einer relevanten Marktgröße zu entwickeln beginnt. Nach sorgfältiger Betrachtung des Marktbedürfnisses für 3D-Druck mit Siliconen haben wir uns Anfang 2014 entschlossen, ein entsprechendes Forschungsprojekt zu starten. Da weder angepasste Materialien noch industriereife Drucktechnologien verfügbar waren, mussten wir ganz von vorne beginnen. Daraus haben wir ein ganzheitliches Konzept entwickelt, das von druckbaren Siliconformulierungen über die Drucker-Hardware und die Steuerungssoftware bis hin zur Expertise reicht, Formteile zu konstruieren und zu drucken. Im November 2015 fiel die Entscheidung, die erfolgversprechenden Ergebnisse unter der neuen Marke Aceo und mit einem speziell ausgewählten Team umzusetzen. Aceo steht dabei für ein neuartiges Geschäftsmodell: Wir wollen nicht nur einen Markt für den 3D-Druck mit Siliconen entwickeln, sondern uns auch generell auf zukünftige Herausforderungen einer digitalen Wirtschaft einstellen. Das ist auch für Wacker eine wesentliche Ergänzung.

Wo stehen Sie derzeit bei der Realisierung des Projekts?

Dr. B. Pachaly: Aktuell befinden wir uns auf der Zielgeraden, sowohl was die Inbetriebnahme der Drucker als auch unseren Markenauftritt betrifft. Seit August haben wir unter www.aceo3d.com unseren eigenen Markenauftritt. Über unseren Webshop können wir CAD-Daten übernehmen und entsprechende Teile fertigen. Außerdem werden wir den 3D-Druck mit Silicon auf der Kunststoffmesse K erstmals einem Fachpublikum präsentieren. In naher Zukunft wollen wir den typischen Prototypen Produkte folgen lassen, bei denen die spezifischen Fähigkeiten der 3D-Technologie zum Tragen kommen. Zum Beispiel gilt das für Biomodelle, individualisierte Geometrien oder Funktionsteile und Baugruppen mit inneren Gitterstrukturen.

Wie unterscheidet sich die von Wacker entwickelte 3D-Drucktechnologie von anderen derzeit verfügbaren Technologien?

Dr. B. Pachaly: Es gibt seit mehr als zwei Jahrzehnten 3D-Druck-Technologien. Bei allen Unterschieden haben diese im Bereich Kunststoffe gemein, dass als Materialien thermoplastische Kunststoffe oder fotopolymerisierbare Flüssigkeiten verwendet werden. Silicone aber sind hochviskose Materialien, und dafür eignen sich diese Verfahren nicht. Es gibt zwar Ansätze, Silicone über spezielle Verfahren wie zum Beispiel Pastenextrusion zu drucken. Dennoch haben wir uns zur Neuentwicklung eines Drop-on-Demand-Verfahrens entschlossen, weil uns eine größere Gestaltungsfreiheit wichtig war und wir insbesondere in den Produktdesigns keine Einschränkungen in möglichen Produktgeometrien haben wollen. Silicone sind aktuell die einzigen echten Elastomere, die dreidimensional druckbar sind. Sie werden auch dann eingesetzt werden, sollten im Spritzguss eines Tages auch andere Stoffklassen zur Verfügung stehen. Außerdem wird unsere Technologie in Zukunft die Möglichkeit bieten, verschiedene Härten oder Farben in einem Bauteil zu kombinieren oder auch Gradienten einzustellen. Ein wesentlicher Unterschied zu vielen Anbietern von 3D-Druck-Dienstleistungen ist, dass wir Material-, Hardware-, Software- und Fertigungskompetenz besitzen.

Welche Leistungen werden Sie Ihren Kunden in Verbindung mit dem Technologiezentrum anbieten können?

Dr. B. Pachaly: Neben der regulären Fertigung von Siliconformteilen nach vorgegebenen Produktdesigns haben viele Kunden das Bedürfnis, die Technologie einmal für eigene Produktideen kennenzulernen oder bei der Entwicklung geeigneter Produktdesigns beraten und unterstützt zu werden. Das wird in unserem Open Print Lab unter Mitwirkung unserer Experten möglich sein. Darüber hinaus wollen wir unsere Silicon-Produktauswahl weiter ausbauen. Optische Transparenz, elektrische Leitfähigkeit, Medienresistenz oder besonders weiche oder harte Ausführung sind Beispiele dafür.

Aus welchen Bereichen kommen die Abnehmer für die gedruckten Silicon-Produkte?

Dr. B. Pachaly: Wir stehen ja noch ganz am Anfang, aber schon jetzt dominieren zwei Industriebereiche unsere Kundenbasis: die Medizintechnik und die Automobilindustrie. Momentan geht es hauptsächlich um Prototypen, aber schon bald werden individualisierte Produkte und bisher nicht zugängliche Produktdesigns, wir nennen das „Impossible Products“, folgen. Auch aus der Elektronik, Optik, Sportartikel- und Haushaltsgeräteindustrie liegen bereits Anfragen vor.

Welche Chancen sehen Sie auf dem weltweiten Markt für Silicone aus dem 3D-Drucker?

Dr. B. Pachaly: Siliconformteile werden weiterhin im Spritzguss hergestellt werden, vor allem bei der Serienproduktion, wo es auf hohe Stückzahlen und niedrige Herstellkosten ankommt. Der 3D-Druck ist immer dann von Vorteil, wenn nur wenige Teile, komplexe oder individualisierte Geometrien oder Funktionsteile und Baugruppen mit innenliegenden Strukturen benötigt werden. Auch Biomodelle oder Epithesen zählen zu solchen Anwendungen. Das ist bei Siliconen nicht anders als bei technischen Kunststoffen. Allerdings werden Silicone dabei andere Elastomere ersetzen können, weil diese bislang nicht druckbar sind.

Wie wird sich Ihrer Einschätzung nach der Markt für Produkte aus dem 3D-Drucker –  nicht nur Silicon – in den nächsten Jahren entwickeln?

Dr. B. Pachaly: Es gibt Schätzungen, wonach der gesamte 3D-Markt 2020 über 20 Mrd. EUR Umsatz erzielen wird. Der größte Marktanteil entfällt dabei auf Dienstleistungen, also auch das Fertigen von 3D-Druckerzeugnissen. Der Verkauf von Druckvorrichtungen und Druckmaterialien ist dabei von geringerer Bedeutung. Der 3D-Druck an sich ist nicht die nächste industrielle Revolution, wohl aber eine neuartige Technologie, die besonders von der fortschreitenden Digitalisierung profitieren wird. Heute benötigen wir für spezielle Informationen nicht mehr Bibliotheken oder Experten, sondern bedienen uns selbst im Internet. In ähnlicher Weise werden Produktentwickler nicht mehr Fabriken oder Produktionsexperten brauchen, um neue Produktideen umzusetzen. Nach dem Hochladen einer CAD-Datei bei einem 3D-Druck-Dienstleister erhält der Produktdesigner in wenigen Tagen erste Prototypen oder Kleinserien. Das ist nicht nur ein Kosten-, sondern auch ein Zeitvorteil. Neben der am Konsumenten orientierten Dienstleistung gibt es die industrielle Anwendung des 3D-Drucks, und dabei spielt es, im Gegensatz zu etablierten industriellen Strukturen, keine große Rolle mehr, wo der 3D-Drucker steht.

Die Frage nach den Technologien, die sich langfristig durchsetzen werden, lässt sich aus heutiger Sicht noch nicht abschließend beantworten. Auf der Materialseite dominieren heute Thermoplaste und fotopolymerisierbare Harze. Auch Metalle gewinnen schnell an Bedeutung. Eines ist aber jetzt schon sicher: Silicone werden im 3D-Druck ähnlich vertreten sein, wie heute im Spritzguss auch.

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