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3D-Druck von multifunktionalen Bauteilen

Additive Fertigung
Multifunktionale Bauteile im 3D-Druck fertigen

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Anlage für das Multi Material Jetting von Hochleistungs-Komponenten mit kombinierten Eigenschaften oder Funktionen (Bild: © Fraunhofer IKTS)
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Ein Forscherteam entwickelt im Bereich 3D-Druck eine Anlage für das Multi Material Jetting, mit der sich unterschiedliche Werkstoffe zu einem einzigen additiv gefertigten Bauteil vereinen lassen. Dadurch sind Produkte mit kombinierten Eigenschaften oder Funktionen realisierbar.

Am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden konstruieren Forscher eine Anlage, mit der der 3D-Druck von Multimaterial-Bauteilen basierend auf thermoplastischen Bindersystemen möglich wird. Beim so genannten Multi Material Jetting (MMJ) werden verschiedene Materialien mit ihren jeweils unterschiedlichen Merkmalen zu einem Produkt zusammengefügt. „Wir können derzeit bis zu vier Stoffe gleichzeitig verarbeiten“, erklärt Uwe Scheithauer, Wissenschaftler am IKTS. Die Einsatzgebiete sind vielfältig und liegen überall da, wo Unternehmen hochintegrierte multifunktionale Bauteile mit individuell definierten Eigenschaften herstellen wollen.

3D-Druck: Vom Tropfen zum Werkstück

Die Fertigung geschieht in einem fortlaufenden Prozess. Zunächst erfolgt die homogene Verteilung der pulverförmigen keramischen oder metallischen Ausgangsmaterialien in einer thermoplastischen Bindersubstanz. Die so hergestellten Massen werden in Mikrodosiersysteme (MDS) eingefüllt, worauf der eigentliche Fertigungsprozess startet.

In den MDS werden die Massen bei rund 100 °C aufgeschmolzen, wodurch sie sehr fein dosierbar sind. Um eine präzise Positionierung der Tröpfchen zu realisieren, entwickelten die IKTS-Wissenschaftler eine entsprechende Software: Die Dosiersysteme legen computergesteuert hochpräzise Tropfen für Tropfen an der richtigen Stelle ab, wodurch sich das Bauteil punktweise aufbaut – bis zu 60 mm und 1000 Tropfen pro Sekunde.

Die Anlage arbeitet mit einer Tropfengröße zwischen 300 und 1000 μm, was zu einer Höhe der aufgetragenen Schichten zwischen 100 und 200 μm führt. Maximal lassen sich derzeit Bauteile der Größe 20 cm × 20 cm × 18 cm herstellen.

„Das Entscheidende ist die individuelle Dosierung der Metall- oder Keramikmassen. Diese Dosierung sorgt dafür, dass das additiv gefertigte Endprodukt während der abschließenden Sinterung im Ofen die gewünschten Eigenschaften und Funktionen wie Festigkeit, thermische und elektrische Leitfähigkeit erhält“, sagt Scheithauer.

Rohlinge für Werkstücke aus Hartmetall möglich

Aufgrund der hohen Präzision und Flexibilität der Anlage taugt sie nicht nur für die Herstellung multifunktionaler Komponenten. „Wir könnten beispielsweise auch die Rohlinge für Werkstücke aus Hartmetall fertigen. Da die Dosiersysteme extrem präzise arbeiten, sind die Rohlinge schon sehr nahe an der Endkontur und müssen anders als bei herkömmlichen Verfahren kaum mehr aufwendig nachgeschliffen werden. Das ist bei Hartmetall ein großer Vorteil“, sagt Scheithauer.

Kontakt:
Fraunhofer IKTS
Winterbergstr. 28
01277 Dresden
www.ikts.fraunhofer.de


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