3D-Kleben mit dem Roboter

Bei der Herstellung von Bauteilen mit beliebig geformten Flächen, welche konventionell schwer zu produzieren sind, bieten 3D Drucker einen grossen Vorteil, da sie aus digitalen Modellen reale Bauteile herstellen können. 3D Drucker arbeiten schichtweise – man kann nur Ebene für Ebene arbeiten. Bei beliebig geformten Flächen, wie zum Beispiel einer hölzernen Stuhllehne, kann jedoch nicht auf einer Ebene gearbeitet werden. Gesucht wurde deshalb nach einem völlig neuen Ansatz, bei welchem die Druckebene der zu bedruckenden Form angepasst wird – auch wenn diese gewölbt ist.

Zudem müssen in industriellen Prozessen oftmals unterschiedliche Materialien miteinander verklebt werden – Holz mit Holz, Glas, Metallen oder Kunststoffen. Bei vielen Verbindungen ist jedoch keine vollflächige Verklebung notwendig. Ein gezielter und dosierter Leimauftrag kann auch die gewünschte Festigkeit garantieren. Bis anhin war aber nicht klar, welche Klebstoffmengen notwendig sind, um die erforderliche Verbindung zu erreichen. Die verschiedenen Anforderungen und Möglichkeiten für gedruckte 3D Verklebungen bei ebenen und freigeformten Flächen wurden nun von Forschenden der Berner Fachhochschule BFH untersucht.

Wie lassen sich Klebstoffe drucken?

Beim Forschungsprojekt wurden verschiedene Holz-Verbindungen genauer betrachtet: Nicht nur Holz mit Holz, sondern auch Holz mit Glas, Metall und diversen weiteren Kunststoffen. Dabei wurde zunächst das Verhalten der vorhandenen Leime beim 3D-Druckprozess untersucht. Die Frage war: Wie lassen sich die unterschiedlichen Klebstoffe «verdrucken»? Weiter wurden die gedruckten Verklebungen auf ihre Festigkeit geprüft und Tests zur Optimierung des Klebstoffauftrags durchgeführt. Durch die gezielte und effiziente Auftragung von Leim kann zukünftig im industriellen Herstellungsprozess Material eingespart werden.

Besonders vorteilhaft war, dass der Roboter nicht nur zum Leimauftrag genutzt wurde, sondern auch die notwendigen Bohr- und Fräsbearbeitungen sowie die Bestückung automatisiert ausführte – im Sinne einer digitalen Fertigung. Am Beispiel einer Stuhllehne, konnte so mit einer Aufspannung die Form der Lehne und die notwendigen Taschen für das Einkleben der Schrauben gefräst und anschliessend der Leim aufgetragen werden. Die Schrauben wurden ebenfalls vom Roboter platziert. Durch die einmalige Aufspannung erhöhte sich die Bearbeitungsgenauigkeit.

Am Forschungsprojekt waren Institute von zwei Departementen der Berner Fachhochschule BFH beteiligt. Zum einen steuerte das Institut für Digitale Bau- und Holzwirtschaft IdBH sein Wissen bezüglich Weiterentwicklung digitaler Produktionsprozesse für den Holzbau, Innenausbau und Möbelproduktion bei. Zum anderen konnte das Institut für Drucktechnologie IDT seine Kenntnisse im Bereich der digitalen Druckprozesse sowie der Entwicklung von neuen Lösungen für den funktionalen 3D Druck einbringen.