Fraunhofer Umsicht: Thermoplastische Kunststoffpulver für Beschichtungen und Rapid Prototyping

Produkte und Bauteile aus Kunststoff gibt es viele. Kunststoffpulver dagegen, aus denen sich mit generativen Fertigungstechniken, wie dem Rapid Prototyping, schnell und kostengünstig authentische Prototypen und Kleinserien herstellen lassen, gibt es bisher nur wenig. Fraunhofer UMSICHT hat auf der Euromold 2009 ein Hochdrucksprühverfahren vorgestellt, das die Werkstoffpalette thermoplastischer Lasersinterpulver erweitern kann.

Durch immer kürzere Entwicklungszyklen neuer Produkte wächst der Marktbedarf an Bauteilen für Prototypen und Kleinserien sowie an vielfältigerem Ausgangsmaterial für Verfahren des Rapid Prototypings.

Beim selektiven Lasersintern (SLS), einem generativen Fertigungsverfahren, schmilzt ein Laser computergesteuert pulverförmiges Ausgangsmaterial. Ist eine Schicht komplett gezeichnet, wird neues Pulver aufgetragen und verschmolzen. So wächst das Werkstück mit beliebiger dreidimensionaler Geometrie schnell und günstig Schicht für Schicht.

Bisher ist die Werkstoffpalette der Lasersinterpulver äußerst überschaubar und beschränkt sich bei thermoplastischen Kunststoffen nahezu ausschließlich auf Polyamid. Um vor der Serienproduktion Technik, Haptik und Optik authentisch an Prototypen erproben zu können, die aus dem gleichen Material wie das Endprodukt bestehen, müssen neue Rezepturen für thermoplastische Lasersinterpulver entwickelt werden.

Fraunhofer UMSICHT präsentierte auf der Euromold eine Hochdrucksprüheinheit für thermoplastische Polymere zur Herstellung von Lasersinterpulvern. Die Anlage, die mit überkritischem Kohlendioxid arbeitet, macht thermoplastische Kunststoffpulver mit maßgeschneiderter Größenverteilung, Morphologie, Schüttdichte und Rieselfähigkeit für Beschichtungen und Prototyping zugänglich. Ziel der Verfahrensentwicklung ist es, die Werkstoffpalette der SLS-Pulver um Polypropylen zu erweitern.

Nach dem Aufschmelzen der Thermoplaste werden sie mit überkritischen Kohlendioxid bei 250-300 bar Druck durch eine Düse gepresst und im Sprühturm auf Atmosphärendruck entspannt. Dabei zerreißt das Kohlendioxid die Kunststoffschmelze in sehr feine, sphärische Partikel, deren Eigenschaften sich durch gezielte Prozesssteuerung maßschneidern lassen.

Fraunhofer-Allianz "Generative Fertigung"
Mit neuer Struktur und hoher Qualität führt die Fraunhofer-Allianz Generative Fertigung die Arbeit der Fraunhofer-Allianz Rapid Prototyping fort. Die Fraunhofer-Allianz Generative Fertigung integriert deutschlandweit inzwischen zehn Institute und bildet damit die gesamte Prozesskette der generativen Fertigung ab. Die Aktivitäten konzentrieren sich auf die Leitthemen Engineering, Werkstoffe, Technologien und Qualität.

Bild: Sinterpulver durch Hochdrucksprühprozess hergestellt.

Weitere Informationen: www.umsicht.fraunhofer.de

EuroMold 2009, 2.-5. Dezember 2009, Frankfurt am Main

Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik Umsicht, Oberhausen

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