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Komplexe Nocken aus dem Drucker

Wie sich individualisierte Nocken per 3D-Druck noch schneller und nachhaltiger herstellen lassen

Komplexe Nocken aus dem Drucker

Wie sich individualisierte Nocken per 3D-Druck noch schneller und nachhaltiger herstellen lassen



Die Vielfalt an Nocken in unserem Sortiment ist schier grenzenlos. Hunderte von unterschiedlichen Formen und Größen haben wir bereits im Angebot und ständig kommen neue hinzu. Als Spezialist für individuell angefertigte Sonderlösungen erarbeiten wir gemeinsam mit unseren Kunden auch sehr komplexe und auf das jeweilige Transportgut exakt angepasste Nocken sowie Prototypen für den Testbetrieb. Wo konventionelle Fertigungsverfahren nur mit hohem Aufwand eingesetzt werden können oder sogar an ihre Grenzen stoßen, bietet der 3D-Druck neue Möglichkeiten für eine schnelle, kostengünstige und nachhaltige Herstellung von Nocken.

In diesem Artikel geht es daher um folgende Fragen:

  • Wie werden Nocken konventionell hergestellt und wo kommen diese Fertigungsverfahren an ihre Grenzen?
  • Wie funktioniert der 3D-Druck und welche Vorteile bietet er?
  • Wie können gedruckte Nocken am Riemen befestigt werden?
  • Für welche Einsatzgebiete und Materialien ist der 3D-Druck von Nocken geeignet?

Konventionelle Nockenherstellung und ihre Grenzen

Nocken aus PU wurden bisher hauptsächlich per Wasserstrahlschneiden oder per Spritzguss hergestellt. Beim Wasserstrahlschneiden wird die Nockengeometrie direkt aus einer PU-Platte geschnitten. Daher eignet sich dieses Verfahren besonders gut für flache Nocken, die nur in einer Ebene bearbeitet werden. Je nach Form der Nocken können außerdem auch Schleifverfahren zu Anwendung kommen. Komplexere Nocken werden normalerweise per Spritzguss geformt. Hierfür muss für jede Nockenform zuerst ein eigenes Werkzeug hergestellt werden.

Da die Herstellung der Gussform zum einen mit hohen Kosten verbunden ist und zum anderen auch einige Zeit in Anspruch nimmt, war dieses Verfahren für die Herstellung von Prototypen, Unikaten oder Kleinserien meistens sehr teuer und aufwändig. Stellte sich im Laufe eines Testbetriebs beispielsweise heraus, dass weitere Anpassungen oder Optimierungen nötig waren, so musste erst einmal ein neues Gusswerkzeug hergestellt werden. War eine schnellere Lösung gefragt, so wurde bei überschaubaren Stückzahlen gegebenenfalls auf die Fertigung bzw. Anpassung per Hand zurückgegriffen.

Die genannten Fertigungsverfahren stießen zudem an ihre Grenzen, wenn Nockengeometrien mit Hohlräumen, Hinterschneidungen oder elastischen Bereichen gewünscht waren. Abhilfe kann hier nun die Fertigung per 3D-Druck schaffen, die nahezu jede geometrische Form herstellbar macht.

 

Nockenherstellung per 3D-Druck und ihre Vorteile


Beim 3D-Druck handelt es sich um ein additives Fertigungsverfahren. Flüssiges oder pulverförmiges Material wird hierbei Schicht für Schicht aufgetragen, wodurch ein dreidimensionales Werkstück entsteht. Ausgehend von einer Zeichnung oder Skizze unserer Kunden erstellen wir ein entsprechendes Modell und legen die Druckparameter fest. Der Aufbau des Werkstücks erfolgt dann computergesteuert per CAD/CAM.

Das Verfahren bietet eine Vielzahl an Vorteilen:

  • Das aufwändige Herstellen von Gussformen und speziellen Werkzeugen ist nicht notwendig.
  • Die Lagerung der Formen für zukünftige Einsätze entfällt, was bei Tausenden von Formen eine erhebliche Einsparung von Raum und Ressourcen bedeutet.
  • Unterschiedlichste Bauteile können nacheinander in beliebiger Reihenfolge auf derselben Maschine gefertigt werden, ohne dass erst eine Form gewechselt werden muss.
  • Komplizierte Geometrien (z. B. Hinterschneidungen, Hohlräume, Wabenstrukturen, etc.), die mit anderen Verfahren schwer oder gar nicht herstellbar sind, sind auf einfache Weise realisierbar.
  • Kleinere Stückzahlen, beispielsweise für Prototypen, sind schnell und kostengünstig verfügbar, was die Entwicklung einer optimierten Geometrie erheblich vereinfacht und beschleunigt.
  • Da es sich um ein additives Verfahren handelt, fällt während des Drucks so gut wie kein Produktionsabfall an, was Ressourcen schont.
  • Es wird nur die Stückzahl produziert, die auch wirklich benötigt wird. Das hält den Einsatz an Material und Energie so gering wie möglich.

 
Zu beachten ist die typische Oberflächenbeschaffenheit gedruckter Bauteile. Abhängig vom Material, dem Durchmesser des verwendeten Filaments und den Druckeinstellungen (z. B. Geschwindigkeit), tritt der sogenannte „Treppeneffekt“ auf, d. h. die einzelnen Schichten sind sichtbar, die Oberfläche des Werkstücks ist dadurch etwas rauer. Meist hat dies keinen Einfluss auf die Funktionalität. Wo jedoch besonders glatte Flächen notwendig sind, kann eine Nachbearbeitung erfolgen. Das sogenannte Postprocessing ist mechanisch, chemisch oder thermisch möglich.

 

Wie werden gedruckte Nocken am Riemen befestigt?


Generell können per 3D-Druck hergestellte Nocken mit denselben Verfahren am Riemen befestigt werden, wie die konventionell hergestellten. Zur dauerhaften Befestigung werden die Nocken (in diesem Fall aus TPU oder einem TPU-Compound) direkt auf den Rücken des Transportriemens (ebenfalls aus TPU) geschweißt. Die Festigkeit der Schweißverbindung ist ausgezeichnet. Sollen die Nocken auswechselbar befestigt werden können, stehen mehrere Systeme für Wechselnocken zur Verfügung, wie beispielsweise Magnetsysteme oder Einschraubelemente. Bei der Fertigung von Magnetnocken können die Magnete teilweise schon direkt beim Druckvorgang eingesetzt werden. Einschraubelemente wie Hülsen oder Schienen dagegen lassen sich besser im Postprozess einsetzen.

 

Welche Werkstoffe eignen sich für den Druck?


Grundsätzlich sind alle thermoplastischen Kunststoffe für den 3D-Druck geeignet. Sollen die Nocken fest mit dem Riemenrücken verschweißt werden, so sollte TPU (elastisches, thermoplastisches PU) oder ein geeignetes TPU-Compound gewählt werden, um eine höchstmögliche Festigkeit der Schweißverbindung zu erzielen. Für Nocken mit Wechselnockensystemen ist jeder beliebige thermoplastische Kunststoff denkbar. Wir haben bereits Erfahrung mit verschiedenen Kunststoffen gesammelt, unter anderem beispielsweise mit ABS bzw. ASA. Auf Wunsch testen wir gerne weitere Materialien, die für Ihr Projekt infrage kommen.

Normalerweise besteht das gedruckte Werkstück nur aus einem einzigen Material. Im anschließenden Postprozess können jedoch bei Bedarf auch spezielle funktionale Beschichtungen aufgebracht werden.

 

Wofür ist der 3D-Druck von Nocken besonders gut geeignet?


Der 3D-Druck ist hervorragend zur schnellen und kostengünstigen Fertigung von Nocken für Unikate, Prototypen, Erstmuster und Kleinserien geeignet. Außerdem kommt das Verfahren besonders dann zum Einsatz, wenn Nocken mit einer hohen geometrischen Komplexität hergestellt werden sollen. Als Faustregel gilt: Je kleiner die Stückzahl und je komplexer die Geometrie des Bauteils, desto wirtschaftlicher ist die Fertigung mithilfe des 3D-Drucks im Vergleich zu anderen Verfahren. Bei Bauteilen mit extrem hoher Komplexität kann die Herstellung von mehreren hundert Stück unter Umständen per 3D-Druck immer noch wirtschaftlicher sein, als per Spritzguss.

Nicht zu vernachlässigen ist auch der Aspekt der Nachhaltigkeit: Bei der Produktion von Nocken per 3D-Druck fällt so gut wie kein Produktionsabfall an. Die Herstellung erfolgt auf das Stück genau, sodass keine Überproduktion entsteht und nur genau die Energie und das Material eingesetzt werden, die tatsächlich notwendig sind.

 

Maßgeschneiderte Lösungen - schnell und nachhaltig gefertigt


Als Spezialist für individualisierte Lösungen im Bereich Transportriemen fertigen wir kundenspezifische Nocken nach Ihren Vorgaben. Auf Wunsch beraten wir Sie gerne, welches Fertigungsverfahren in puncto Wirtschaftlichkeit, Funktionalität und Nachhaltigkeit am besten für Ihren Anwendungsfall geeignet ist. Bereits ab Stückzahl Eins ist alles möglich!
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