3D-Druck für Kaffeevollautomaten – Hohe Lebensdauer für eine automatisierte Tassentischverstellung

• Was wurde benötigt: Bauteile für die Mechanik einer automatischen Tassentischverstellung am Kaffeevollautomaten
• Herstellungsverfahren: selektives Lasersintern
• Anforderungen: Lebensmittelkonformität, Stabilität, Festigkeit, gute Laufeigenschaften, Maßhaltigkeit
• Material: iglidur i6
• Branche: Automatentechnik
• Erfolg durch die Zusammenarbeit: hohe Abriebfestigkeit, Zähigkeit und Lebensdauer

Die Anwendung auf einen Blick:
Bislang erfolgte die Anpassung des Tassentisches von Kaffeevollautomaten an die Tassengröße per Hand. Für eine vollautomatisierte Verstellung dieses Tisches entwickelte das Projektteam der Maschinenbauschule Ansbach einen motorbetriebenen beweglichen Tassentisch mit sensorgesteuerter Höhenverstellung. Für die Mechanik der Höhenverstellung kamen ein Motor, eine 3D-gedruckte Traverse und eine 3D-gedruckte Spindel zum Einsatz. Die 3D-gedruckten Bauteile aus dem Hochleistungskunststoff iglidur i6 weisen sehr gute Laufeigenschaften sowie eine hohe Festigkeit und Lebensdauer auf.

Die Höhe des Tassentisches eines Kaffeevollautomaten wurde bisher immer nur manuell an die Tassengröße angepasst weswegen eine automatische Lösung für die Verstellung gesucht wurde. Ein Team der Maschinenbauschule Ansbach entwickelte eine motorisierte Mechanik für eine mit Sensoren gesteuerte Höhenverstellung, für dessen Konzept „Traverse – Spindel“ noch die passenden Materialien gefunden werden mussten. Der Anspruch an das Konzept war eine sehr gute Laufeigenschaft zwischen Traverse und Spindel sowie eine zuverlässige Maßhaltigkeit, um die Abmessungen innerhalb des Kaffeevollautomaten einzuhalten. Gleichzeitig mussten die Materialien für den Lebensmittelkontakt und das Gesamtgewicht der Tasse(n) ausgelegt sein.

Den perfekten Partner fand das Projektteam mit der igus GmbH aus Köln. In Zusammenarbeit mit dem Leiter der Additiven Fertigung Tom Krause gelang es dem Team zunächst einen Prototyp für das mechanische Konzept im 3D-Druck herzustellen. Dabei kam das von igus eigens für das Lasersintern entwickelte Hochleistungspolymer iglidur i6 zum Einsatz, das das Team insbesondere wegen seiner hohen Festigkeit, Maßhaltigkeit und Laufeigenschaften überzeugte. Nach der Überarbeitung und Verbesserung des Konzepts wurden sämtliche darin befindliche Bauteile über den 3D-Druckservice in Auftrag gegeben. Neben den bereits genannten Eigenschaften konnte die Mechanik durch die hohe Abriebfestigkeit und Detailgenauigkeit überzeugen. Besonders hilfreich war es auch, dass beim Lasersinterverfahren keine Werkzeuge notwendig sind und die Bauteile bereits ab Stückzahl 1 effizient gefertigt werden können.

Bei dem Begriff Kaffeevollautomat geht es überwiegend um den vollautomatisierten Prozess der Kaffeezubereitung. Das Problem, dass bei unterschiedlichen Tassengrößen auch unterschiedliche Höheneinstellungen bei dem integrierten Tassentisch vorgenommen werden müssen, wurde bislang manuell gelöst. Damit sich der Kaffeevollautomat seinen Namen auch verdient, entwickelte ein Projektteam der Maschinenbauschule Ansbach eine automatische und komfortable Tassentischverstellung. Diese bestimmt die Höhenverstellung durch Sensoren, die daraufhin eine am Gestänge des Tassentisches befestigte, motorisierte Mechanik bestehend aus 3D-gedruckter Spindel und Traverse in Bewegung setzt. Die Sensoren messen den Verfahrweg zwischen Oberkante Tasse und Unterkante Getränkeauslauf und sie erkennen die Höhe von durchsichtigen und undurchsichtigen Tassen. Mithilfe einer Software soll dann der Motor angesteuert werden, bis der vorgegebene Abstand erreicht ist.

Für die Mechanik wurde der tribologisch optimierte Kunststoff iglidur i6 eingesetzt, der eine hohe Abriebfestigkeit aufweist. Das Laufverhalten zwischen Spindel und Traverse war einer der ausschlaggebenden Punkte, weswegen sich das Projektteam für das Material entschied. Gerade für die Automatentechnik sind die Werkstoffe von igus von großer Bedeutung. Durch die integrierten Festschmierstoffe ist keine Schmierung von außen nötig. Das ermöglicht unter anderem einen hygienischen Betrieb. Das eigens für das Lasersintern entwickelte Material hat eine deutlich höhere Lebensdauer als herkömmliche Kunststoffe.