Im Zuge der Energiewende und Umstellung auf eine klimabewusste Lebensweise steigt der weltweite Bedarf an nachhaltigen Faserformverpackungen. Doch die Herstellung war bisher zeit- und kostenintensiv. Das Unternehmen ERI Packaging setzt seit Kurzem auf die Farsoon Flight® „Fiber Laser“-3D-Druck-Technologie von Farsoon Technologies und konnte eine Einsparung von 97 % der Gesamtkosten für einen Formwerkzeugsatz erzielen.

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Verpackungen aus expandiertem Polystyrol (EPS), vakuumgeformten Polyethylenterephthalat (PET), Polyvinylchlorid (PVC), Wellpappe und Schaumstoffen sind schädlich für unsere Umwelt. Glücklicherweise steigt das Bewusstsein für den Bedarf an nachhaltigen Faserformverpackungen. Wie das 3D-Druck-Unternehmen Farsoon Technologies in einer Pressemitteilung an das 3D-grenzenlos Magazin erklärt, berichtet „Future Market Insights“, für den Markt von geformten Faserstoffverpackungen, wird 2021 die weltweite Nachfrage schätzungsweise ein Gesamtvolumen von 3 Millionen Tonnen erreichen.

Details zu Faserformstoff

Faserformstoff wird aus recyceltem Karton und Zeitungspapier hergestellt und in vielen Produktkategorien als Verpackung genutzt. Das Material bietet hervorragende Schutzfunktionen wie Druckfestigkeit, Stoßdämpfung und thermische Isolierung bei Transport und Lagerung. Um geformten Zellstoff herzustellen, wird eine Hohlform mit Wassersuspensionen in eine Aufschlämmung von gemischten Rohfasermaterialien getaucht und in eine Siebform gelegt. Durch ein Vakuum entsteht eine Kraft, die überschüssiges Wasser entfernt, indem mit einem angepassten Formkörper Druck auf den Faserschlamm in Richtung der gewünschten Form ausgeübt wird.

traditionell hergestellte Form vs. 3D-gedruckte Form
Eine Metallfaserform, die durch ein traditionelles Bearbeitungsverfahren hergestellt wurde (links) und das Faserformteil aus Zellstoff (rechts)(Bild © ERI Packaging)

Vor- und Nachteile von dem Verfahren

Das Verfahren ist schnell, wirtschaftlich und vollautomatisch; jedoch auch teuer, arbeitsintensiv und zeitaufwendig. Der Hohlraum und der Formkörper müssen präzise in die gewünschte Form gebracht und Löcher in das gesamte Formkörperwerkzeug gebohrt werden. Die gerasterte Form muss von Hand geschnitten und an die entsprechende Form geschweißt werden, damit das endgültige Faserformprodukt mit exakt derselben Dicke entsteht.

Ein erfahrener Techniker benötigt mindestens drei Tage bis eine Woche für einen mittelgroßen Metallformsatz und verursacht Kosten in einem Bereich von 10.000 (8.839 Euro) bis 40.000 US-Dollar (35.357 Euro). Jede einzelne Design- oder Prototyping-Iteration vervielfacht die Kosten. Kleinserienfertigungen sind so kaum rentabel. Die benötigten Werkzeuge mit dem Pulverbettschmelzverfahren mit einem 3D-Drucker herzustellen, hat sich dem Bericht von Farsoon Technologies für einen Kunden, dem Unternehmen ERI Packaging, als die bisher beste Strategie erwiesen. Es werden nicht nur Gesamtkosten und Energieverbrauch reduziert, sondern auch der Beschaffungszeitraum erheblich verkürzt.

3D-Drucker Flight 403P
ERI Packaging verwendet den 3D-Drucker Flight 403P von Farsoon Technologies (im Bild)(Bild © Farsoon Technologies)

ERI Packaging setzt auf die Flight-3D-Druck-Technologie von Farsoon

ERI Packaging hat sich auf kundenspezifische geformte Faserprodukte spezialisiert. Für die kostengünstigere und schnellere Produktion eines zuverlässigen alternativen Produktionswerkzeugs wandte sich das Unternehmen an Farsoon Technologies. Das Designteam von ERI Packaging hat Anfang 2021 die Evaluierung der Farsoon Flight® „Fiber Laser“ Technologie in der Forschungs- und Entwicklungs- als auch in der Produktionsphase begonnen. Als Benchmark wurde ein kompletter Werkzeugsatz ausgewählt, einschließlich eines Formkörpers, einer Hohlraumform und einer gerasterten Form.

Die stark erhöhte Laserleistung und die kleine Laserpunktgröße des robusten Faserlasersystems ermöglicht, verglichen mit kunststoffpulverbasierten Technologien, mit der  Flight®-Technologie verbesserte Funktionsdetails von nur 0,3 mm. ERI Packaging erhält eine vereinheitlichte Oberfläche mit hoher Qualität, die die Vorteile der Teileeigenschaften des Standard-Lasersinterns bietet.

Die höhere Genauigkeit des porösen Siebmoduls macht eine weitere Nachbearbeitung der Formkörperoberfläche überflüssig. Das ERI-Designteam erhält vollen Zugriff auf die Schlüsselparameter für die am besten geeignete Verarbeitung jeder kundenspezifischen Anwendung. Dazu gehört auch die Feinabstimmung der spezifischen Versätze zwischen den Modulen, das Anpassen des Designs von Lochgrößen und Porosität und mehr. Am Ende bekommt das Team ein besseres, saubereres Faserformstoffprodukt.

Poröses Siebmodul
Für das poröse Siebmodul (im Bild) ist keine Nachbearbeitung notwendig (Bild © ERI Packaging)

Vielfältige Vorteile im Überblick

Produktionsfertiger Faserformsatz
Der produktionsfertige Faserformsatz von Farsoon Flight® Technology (Bild © ERI Packaging)

Schnellere Designiteration: Die Designflexibilität des 3D-Drucks ermöglicht mehrere Verpackungsdesignlösungen mit komplizierten Strukturen und porösen Details und die schnelle Produktion von Prototypen als Komplettlösung auf einem Flight® HT403P-System ohne zusätzliche Werkzeuge und drei separate Formenbauprozesse. Anpassung in Form, Passform und Funktionalität lassen sich schnell vornehmen.

Verbesserte Produktionsausbeute: Laut dem ERI-Team benötigt die CNC- und Formenentwicklung für jedes Produkt in der Regel 3-7 Tage bei herkömmlichen Verfahren. Mit der Flight® SLS-Technologie von Farsoon lässt sich die Herstellung von 4 vollständigen Formensätzen in nur 1 Tag abschließen. Die Produktionsausbeute wird verzwölffacht.

Beste Effizienz: Faserformwerkzeuge mit der Farsoon Flight®-Technologie sind eine wirtschaftliche Alternative für die Kleinserienproduktion. ERI sparte mit dem Formwerkzeugsatz für die Elektronikverpackung 97 % der Gesamtkosten im Vergleich zu herkömmlichen Werkzeugen ein, einschließlich Material, Maschinenzeit und Arbeitsaufwand.

Industriequalität: Das Faserformwerkzeug aus hochleistungsfähigem Farsoon FS3300PA-F (einem PA1212-Konstruktionsmaterial) mit Lasersinterqualität bietet ausgewogene mechanische Eigenschaften, hohe Zähigkeit und Abriebfestigkeit.

Video zu Farsoon Flight HT403P

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