Bayer MaterialScience: Neue thermoplastische Polyurethane für das Lasersintern

Bayer MaterialScience entwickelt gemeinsam mit der Solid Composites GmbH thermoplastische Polyurethan Pulver für das selektive Lasersintern. Dieses innovative Verfahren ermöglicht den Aufbau räumlicher Strukturen durch Sintern pulverförmiger Ausgangsstoffe mittels Laserstrahl. Das Formteil wird dabei ausgehend von seinen Konstruktionsdaten aus thermoplastischem Pulver aufgebaut. Geführt von CAD-Software, schmilzt ein Laser ein immer wieder erneuertes Pulverbett an den Stellen auf, wo das Bauteil entstehen soll. Auf diese Weise „wächst“ das Formteil Schicht für Schicht heran.

Bayer MaterialScience entwickelt gemeinsam mit der Solid Composites GmbH thermoplastische Polyurethan (TPU)-Pulver für das selektive Lasersintern. Dieses Verfahren ermöglicht den Aufbau räumlicher Strukturen durch Sintern pulverförmiger Ausgangsstoffe mittels Laserstrahl. Dazu soll das in Voerde am Niederrhein ansässige Start-up-Unternehmen eine Markenlizenz erhalten, um die neuen Hightech-Werkstoffe unter dem Namen Desmosint zu vertreiben. Anwendungsmöglichkeiten sollen sich zum Beispiel in der Automobilindustrie, in Sportartikeln, in der Robotik oder der Luft- und Raumfahrt eröffnen. Solid Composites ist eine Ausgründung des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik (UMSICHT).

"Solid Composites hat sich als kreativer Entwickler und Anbieter von thermoplastischen Pulvern unter anderem für das Lasersintern und die elektrostatische Beschichtung einen Namen gemacht und ist daher für uns Partner der Wahl, um unsere TPU-Innovation erfolgreich zu vermarkten", erläutert Jürgen Hättig, TPU-Marketing-Experte bei Bayer MaterialScience.

Keine Werkzeuge und Formen notwendig
Das selektive Lasersintern setzt sich den Angaben zufolge als digitales Fertigungsverfahren in der generativen Serienproduktion von Kunststoffteilen (Additive Manufacturing) mehr und mehr durch. Das Formteil wird dabei ausgehend von seinen Konstruktionsdaten aus thermoplastischem Pulver aufgebaut. Geführt von CAD-Software, schmilzt ein Laser ein immer wieder erneuertes Pulverbett an den Stellen auf, wo das Bauteil entstehen soll. Auf diese Weise "wächst" das Formteil Schicht für Schicht heran. "Das Verfahren kommt ohne Werkzeuge und Formen aus, was beträchtliche Kosteneinsparungen ermöglicht. Außerdem lassen sich im Gegensatz zum Spritzguss selbst bei komplexen Geometrien Formteile mit Hohlräumen und Hinterschnitten darstellen", so Marcus Rechberger, Geschäftsführer von Solid Composites.

Materiallücke geschlossen
"Bisher waren für das selektive Lasersintern hauptsächlich weiche, elastische Materialien und harte Thermoplaste wie Polyamide kommerziell erhältlich. Unsere TPU-Produkte schließen mit ihrer hohen Zähigkeit, Elastizität und Festigkeit eine Lücke zwischen diesen Werkstoffklassen. Das eröffnet ihnen gute Anwendungschancen", sagt Hättig. Erster Vertreter der neuen TPU-Klasse ist Desmosint X 92 A-1. Einer seiner Vorteile sei, dass der Bauraum, in dem das TPU schichtweise verarbeitet wird, nur auf 80 °C temperiert werden müsse - im Gegensatz etwa zu Polyamid, das knapp unterhalb seiner Schmelztemperatur verarbeitet werde. "Da das Beheizen des Bauraums einen Großteil der Gesamtenergiekosten ausmacht, lassen sich auf diese Weise deutliche Energieeinsparungen erzielen. Außerdem neigt unser TPU kaum zum Verzug, so dass der Sinterprozess sehr stabil verläuft. Zudem altert das nicht gesinterte Pulver im Bauraum nicht, so dass es vollständig für den nachfolgenden Bauprozess einsetzbar ist - ein enormer Kostenvorteil im Vergleich zum klassischen Lasersinterwerkstoff PA12", so Hättig.

Einsatzpotenzial auch in der Großserienfertigung
Das selektive Lasersintern zeichnet sich durch große Designfreiheit aus und bietet sich besonders für das "Additive Manufacturing" von Klein- und Kleinstserien an - so etwa bei der Fertigung von Komponenten wie Gehäuseteilen, Bälgen und Schläuchen für Oberklasse- und Luxuslimousinen. Auch zur Fertigung von individualisierten Bauteilen wie etwa orthopädischen Schuheinlagen, Sportschuhen, Helmen und Prothesen eignet sich das Verfahren beim Einsatz der TPU-Produkte sehr gut. "Die Technologie könnte sich darüber hinaus in der Großserienfertigung bewähren - insbesondere dann, wenn die Teilegeometrien sehr filigran und die Kosten für die Spritzgießwerkzeuge hoch sind. In solchen Fällen kann der Einsatz mehrerer Sinteranlagen kostengünstiger sein", erläutert Rechberger. Am Ende der Nutzungsdauer gilt der Kunststoff als voll recyclingfähig.

Bayer Materialscience AG, Leverkusen

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