Polymer Additive Manufacturing für die industrielle Produktion

Die Additive Produktion mit Kunststoffen - Polymer Additive Manufacturing (Polymer AM) - erlaubt die Fertigung von Bauteilen in nahezu allen Formen. Die Kunststoffe weisen zwar nicht die Festigkeiten von Metallen auf, sind jedoch deutlich leichter und günstiger. Es lassen sich bereits Materialien aus fast allen Kunststofffamilien von den Thermoplasten über den Duroplasten bis hin zu den thermoplastischen Elastomeren additiv verarbeiten.

Am Fraunhofer IAPT passen wir Design- und Prozessparameter für neue Materialien an und entwickeln neue Systemkomponenten für die thermoplastischen Verfahren der Additiven Fertigung.

Die Polymer AM bietet sich an, um seriennahe Materialien in Prototypen und Vorserienbauteilen umzusetzen und auf Anwendungen in industriellen Großserien zu übertragen. 

Material Extrusion (MEx) zeichnet sich durch eine besonders große Materialvielfalt, einen robusten Prozess sowie sehr große Bauräume aus.

Selektives Lasresintern (SLS) bietet hingegen isotrope Materialeigenschaften, benötigt keine Stützstrukturen und ist insbesondere bei höheren Stückzahlen bis hin zur Kleinserie wirtschaftlich attraktiv.

Wie funktioniert selektives Lasersintern?

Das selektive Lasersintern ist ein additives pulverbettbasiertes Fertigungsverfahren. Die Herstellung eines SLS-gefertigten Bauteils findet in vier aufeinanderfolgenden und sich schichtweise wiederholenden Prozessschritten statt. Im ersten Schritt wird die Bauplattform mit dem pulverförmigen Ausgangsmaterial beschichtet. Anschließend beheizen IR Strahler das Pulver. Entlang der Schichtinformation werden die zu generierenden Bauteilkonturen selektiv mit einem Laser-Scanner-System aufgeschmolzen. Zuletzt wird die Bauplattform um eine definierte Schichtstärke herabgesenkt. Alle Prozessschritte werden so lange wiederholt bis alle Bauteile in einem Baujob generiert sind.

Wie funktioniert Material Extrusion (MEx)?

Die Material Extrusion ist ein additives extrusionsbasiertes Fertigungsverfahren. Das Rohmaterial kann hierbei strangförmig als Filament (Fused Filament Fabrication - FFF) wie auch als Granulat (Fused Granulat Fabrication - FGF) vorliegen.

Eine Extrusionseinheit erwärmt den Kunststoff und legt einen Strang entlang der definierten Bauteilinformation schichtweise auf eine wahlweise beheizte Bauplattform ab. Die Bauplattform wird anschließend um eine definierte Schichthöhe gesenkt und der Vorgang wird solange wiederholt bis das zu fertigende Bauteil generiert ist.

Silikondruck

Der Silikondruck ist eine Sonderform der Material Extrusion. Als Ausgangswerkstoff dient ein ein- oder zwei-Komponenten Elastomere, welcher über eine Extrusionseinheit entlang der Bauteilinformation auf eine Bauplattform aufgetragen wird.

Zum Aushärten des Materials erhitzt eine Wärmelampe schichtweise das Bauteil. Je nach eingesetztem Material muss eine Nachhärtung des gesamten Bauteils erfolgen.

Die Bearbeitung von Oberflächen, etwa die Oberflächenglättung, erfolgt üblichwerweise nach dem 3D-Druck von Bauteilen aus Kunststoff. Das am Fraunhofer IAPT entwickelte Verfahren LuMEx strukturiert oder glättet die Bauteile bereits während des Drucks. Ein Post-Prozess zur Verbesserung der Oberflächen entfällt mit dem Einsatz von LuMEx.

Wie funktioniert LuMEx?

LuMEx beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von additiven Bauteilen im MEx Prozess mit einer oder mehreren integrierten Lasereinheiten zur Oberflächenglättung oder Oberflächenstrukturierung.

Der materialauftragende MEx Prozess und der materialformende bzw. materialabtragende Laserprozess werden hierbei synchronisiert und bilden einen gemeinsamen Prozessschritt.