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3D-Druck von Schäumen aus Kunststoff

3D-Druck
3D-Druck von Schäumen aus Kunststoff

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Produziert Bauteile aus Kunststoff von bisher unerreichter Qualität: Prototyp einer Verschlussdüse für 3D-Drucker. (Bild: Jonas Fischer, Fraunhofer IPA)
Forscher ermöglichen Schäume mit geringer Dichte per 3-Druck: Sie entwickeln eine spezielle Verschlussdüse für 3D-Drucker und erzeugen damit Schäume aus Kunststoff von zuvor unerreichter Qualität.

Schäume mit geringer Dichte vertrugen sich bisher nicht mit dem 3D-Druck. Denn unabhängig vom additiven Fertigungsverfahren „Fused Layer Modelling“ oder „Fused Filament Fabrication“: Bei dünnflüssigen oder aufschäumbaren Kunststoffe mit einer minimalen Dichte von 80 kg/m3 floss bei Fahrten ohne Materialaustrag ungewollt flüssiges Material aus der Düse. So entstanden qualitativ wenig überzeugende Bauteile, die von Hand nachbearbeitet werden mussten. Und es wurde während des Druckprozesses mehr Material verbraucht, als eigentlich nötig gewesen wäre.

Spezielle Düse für Kunststoff

Ein Forschungsteam vom Zentrum für Additive Produktion (ZAP) am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA hat nun einen Lösungsansatz vorgestellt. Es entwickelte eine Verschlussdüse, die den Materialfluss an vorgegebenen Stellen automatisch unterbricht.

Der Extrudermotor befördert das Filament aus Kunststoff zur Düse, die durch einen Federmechanismus verschlossen ist. Kurz oberhalb der Düse passiert das Filament ein Heizelement. Der Kunststoff schmilzt, wird flüssig und sammelt sich in einem Hohlraum innerhalb der Düse. Ab einem gewissen Innendruck drückt die Schmelze eine Hohlnadel, durch die zuvor das Filament selbst befördert wurde, und somit die Feder nach oben. Die Düse öffnet sich und der Kunststoff fließt aus.

Gestoppt wird der Materialfluss, indem die Fördereinheit kein Material mehr in Richtung Heizelement befördert. „Der restliche aufgeschmolzene Kunststoff in der Düse wird noch verdruckt. Der Hohlraum entleert sich, der Druck nimmt ab, die Feder schiebt die Hohlnadel wieder nach unten und verschließt so die Öffnung der Düse“, erklärt Jonas Fischer vom ZAP, der maßgeblich an der Entwicklung der zum Patent angemeldeten Verschlussdüse beteiligt war.

Diverse Bauteile aus Schaum per 3D-Druck

Bisher haben die Forscher ausschließlich Schäume mit sehr geringer Dichte mit ihrer Verschlussdüse verdruckt. Diese hatte das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT in Karlsruhe zuvor entwickelt. Denkbar wäre, dass mit diesen Schäumen in naher Zukunft beispielsweise Unterkonstruktionen für Sitzmöbel, Isolierungen, Verpackungen oder Leichtbaustrukturen additiv gefertigt werden. An sich ist die Verschlussdüse aber auch für dünnflüssige Kunststoffe wie Polyamid geeignet. Erste Testdrucke stehen jedoch noch aus.

Ein Modell ihrer Verschlussdüse präsentieren die Forscher auf der internationalen Fachmesse Formnext in Frankfurt am Main: Halle 11.0, Stand D51.

Kontakt:
Fraunhofer IPA
Jonas Fischer
Telefon 0711 970 1119
E-Mail: jonas.fischer@ipa.fraunhofer.de
www.ipa.fraunhofer.de
Auf der Messe Formnext: Halle 11.0, Stand D51.

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