Additive Fertigung

Während des 26. Stuttgarter Kunststoffkolloquiums wird durch mehrere Forschungsbeiträge die große Bedeutung der Additiven Fertigung für die Branche deutlich.

Der rasch wachsende Markt der Additiven Fertigung ist mittlerweile an einem Punkt angelangt, an dem es in vielen Teilbranchen über den Prototypenstatus hinaus eingesetzt wird. Immer neue Druckverfahren und Werkstoffe führen zu ansteigenden und reproduzierbareren Bauteilqualitäten bei gleichzeitig sinkenden Kosten und Fertigungszeiten pro Bauteil. Ein aktueller Trend in der Additiven Fertigung ist die personalisierte Fertigung seriennaher Bauteile in hierfür lange Zeit undenkbaren Stückzahlen. Im Rahmen des 26. Stuttgarter Kunststoffkolloquiums werden aktuelle Forschungsgebiete in der Additiven Fertigung dargestellt.

Ein Forschungsbereich am Institut für Kunststofftechnik (IKT) befasst sich mit der Entwicklung eines Recyclingverfahrens von Polyamid 12-Pulver für das Selektive Lasersintern. Üblicherweise wird beim Selektiven Lasersintern nur ein geringer Teil des Kunststoffpulvers zu einem Bauteil versintert. Das unversinterte Pulver, sogenanntes Altpulver, wird aus Kostengründen weiterverwertet, obwohl es während des Sinterns einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt war, was zu einer Alterung des Pulvers und zur Verschlechterung der Werkstoffeigenschaften führt. Das Altpulver wird aus Kostengründen mit neuem Pulver vermischt und erneut einem Lasersinterprozess zugeführt. Die Qualität solcher Pulvermischungen ist jedoch unreproduzierbar, was sich in Form von Oberflächendefekten bei lasergesinterten Bauteilen auswirkt. Um zukünftig eine gute und vor allem reproduzierbare Pulverqualität zu generieren, wurde vom IKT ein Recyclingverfahren erforscht, mit dem es möglich ist, die Alterung von Altpulver gezielt rückgängig zu machen. Das neue Verfahren liefert damit einen Beitrag zur Steigerung der Material- und Kosteneffizienz, wodurch sich die Wirtschaftlichkeit des Selektiven Lasersinterns erhöht.

Auf den Themengebiet der stereolithografischen Verfahren stellt das Institut für Flugzeugbau (IFB) die Integration von Kohlenstoffkurzfasern in UV-aushärtenden Harzen dar. Hierbei werden die Anpassungen der Belichtungsdosen und der Nachbehandlungsverfahren zur vollständigen Vernetzung der polymeren Matrix erörtert. Ziel ist es, die Werkstoffeigenschaften von UV-aushärtenden Materialien zu steigern aber gleichzeitig die verfahrensbedingten Vorteile zu erhalten.

Ein drittes aktuelles Forschungsgebiet stellt das Strangablegeverfahren dar. Zum ersten Mal stellt das IKT Ergebnisse eines aktuellen Forschungsprojekts zum roboterbasierten 3D-Druck nach dem Strangablegeverfahren mit sehr hoher Ausstoßleistung vor. Durch einen speziell hierfür entwickelten, neuartigen Filamentextruder, siehe Bild 1, wird ein herkömmliches Filament durch eine sich drehende Schnecke gefördert und aufgeschmolzen.

Bild 1: Neuartiger Filamentextruder für den roboterbasierten Einsatz - (Bild: IKT).

Im Vergleich zu klassischen Schweißextrudern wird das Filament nicht zerkleinert, sondern am Stück gefördert. Das macht den Extruder fördersteif und verspricht eine hohe Ausstoßpräzision sowie Ausstoßleistung. Ein weiterer Vorteil ist die entstehende Lageunabhängigkeit, sodass der Extruder für den Einsatz an einem Roboter geeignet ist. Die Plastifizierung des Filaments erfolgt, zusätzlich zur elektrischen Heizung, durch die Drehbewegung der Schnecke. Dies verspricht eine bessere Plastifizierleistung und homogenere Temperaturverteilung des extrudierten Stangs im Vergleich zu handelsüblichen Druckern. Die aktuelle Forschung des Instituts für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) beschäftigt sich ebenfalls mit dem Strangablegeverfahren. Hier geht es im Speziellen um eine effiziente Trajektorienplanung und modellprädiktive Regelung des Druckkopfes. Neben einer Reduzierung der Druckzeit ist auch eine gleichbleibende Bauteilqualität das Ziel der aktuellen Forschung.

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

26. Stuttgarter Kunststoffkolloquium, 27.-28. März 2019, Stuttgart

Universität Stuttgart, Institut für Kunststofftechnik (IKT), Stuttgart

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