IKT: 3D-Drucken - Fortschritte der additiven Fertigung

Das 3D-Drucken auf dem Weg zum Fertigungsverfahren für Kleinserien

Die Additive Fertigung umfasst Produktionsprozesse, in deren Verlauf Bauteile schichtweise auf der Basis von CAD-Modellen aufgebaut werden. Dabei werden additive Fertigungsverfahren nicht mehr nur für den Protypenbau oder für Unikate eingesetzt, sondern auch zunehmend für die Kleinserie.

Eine Podiumsdiskussion im Rahmen des 24. Stuttgarter Kunststoffkolloquiums, moderiert durch Günther Kögel, Chefredakteur der K-Zeitung, soll beleuchten, ob das 3D-Drucken von Kunststoffen für den klassischen Kunststoffverarbeiter eine Gefahr darstellt. Teilnehmen werden die Verarbeiter Fischerwerke und Bosch, die Kleinserienhersteller Kegelmann-Technik und Weihbrecht, die Maschinenhersteller German RepRap und Arburg sowie aus der Forschung die Herren Prof. Bauernhansl (IFF) und Bonten (IKT).

Es existiert eine Vielzahl verschiedener additiver Verfahren, die landläufig als 3D-Drucken zusammengefasst werden. Allen Verfahren ist gemein, dass sie komplexe Geometrien "direkt aus dem Computer" ermöglichen. Beim Strangablegeverfahren wird ein rundes Kunststofffilament in eine beheizte Düse eingezogen, dort aufgeschmolzen und durch eine horizontale zweiachsige Düsenbewegung entsprechend der CAD-Bauteildaten auf eine Plattform abgelegt. Das IKT forscht u.a. an neuen Werkstoffen für das Strangablegeverfahren. Eine exakte Geometrie der Filamente sowie spezielle Materialeigenschaften spielen eine besondere Rolle, z.B. muss die Schmelzeviskosität in einem bestimmten Bereich liegen. Außerdem wird an hochgefüllten Kunststoffen geforscht, die im Strangablegeverfahren mit einer entsprechend ausgelegten Düse verarbeitet werden können.

Ein weit verbreitetes additives Fertigungsverfahren ist das Selektive Lasersintern (SLS). Hier wird üblicherweise ein CO2-Laser als Energiequelle genutzt, um sehr feines Pulver Schicht für Schicht zu einer festen Struktur zu verschmelzen. Die Strahlung eines CO2-Lasers wird von Kunststoffen direkt an der Oberfläche absorbiert, sodass der Energietransport in das Innere des Pulverkorns ausschließlich über Wärmeleitung geschieht. Durch den Temperaturgradienten im Pulverkorn entstehen dann morphologische Unterschiede an den Schichtübergängen des gesinterten Bauteils, die in schlechten Eigenschaften münden. Das IKT hat daher am Einsatz eines Nd:YAG-Lasers geforscht, dessen Laserwellenlänge weit tiefer in das Pulverkorn eindringen und dies volumetrisch erwärmen soll. Durch Zugabe von die Laserstrahlung absorbierenden Additiven kann die Eindringtiefe des Lasers eingestellt werden. Der Schichtverbund sei morphologisch ausgewogener und die Belastbarkeit der Bauteile höher.

Diese und weitere aktuelle Forschungsaktivitäten werden im Rahmen des 24. Stuttgarter Kunststoffkolloquiums vorgestellt.

Weitere Informationen:
www.stuttgarter-kunststoffkolloquium.de, www.ikt.uni-stuttgart.de

24. Stuttgarter Kunststoffkolloquium, 25.-26. Februar 2015, Stuttgart

Universität Stuttgart, Institut für Kunststofftechnik (IKT), Stuttgart

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