Fraunhofer-Gesellschaft
Die für die additive Fertigung zur Verfügung stehende Werkstoffpalette vergrößert sich zusehends. Bislang war es allerdings nicht möglich, geschäumte Materialien in additiven Prozessen zu verarbeiten, wenngleich dies beispielsweise im Bereich des funktionalen Leichtbaus äußerst interessant wäre. Würde zusätzlich die Möglichkeit bestehen, die Dichte des Schaummaterials lokal zu verändern, könnten äußerst leichte und auf den spezifischen Lastfall optimierte Strukturen hergestellt werden. Vor diesem Hintergrund wurden im Verbundprojekt "bioXXprint - Der Bio-Schaum-Drucker für gradierte Strukturen" Materialien und additive Verarbeitungstechnologien zur Herstellung von Hartschaumstrukturen entwickelt. Zum Projektkonsortium gehörten neben den Fraunhofer IPA auch das Fraunhofer ICT sowie das Institut für Holztechnologie Dresden. Der dem Projekt zu Grunde liegende Anwendungsfall einer individualisierten Herstellung von Polstermöbeln wurde im Projekt durch die Fa. Rolf Benz als assoziierter Partner repräsentiert.
Die Aufgabe des Fraunhofer IPA war die Entwicklung einer für die Verarbeitung von aufschäumenden Materialien geeigneten Prozesstechnologie. Durch den Treibmittelgehalt des Filaments kommt es zu einem ungewollten Nachfließen aus der Düse bei Positions- oder Schichtwechseln des Druckkopfes ohne aktiven Filamentvorschub. Dies resultiert in einer deutlichen Abnahme der Bauteilqualität, der Notwendigkeit von Nachbearbeitungsschritten und einem erhöhten Materialverbrauch. Um diesem Umstand zu begegnen wurde eine neuartige Düse mit Hohlnadelverschluß entwickelt. Dieser zum Patent angemeldete Mechanimus besitzt eine passive Mechanik, welche bei einem Stopp des Filamentvorschubs die Düsenöffnung verschließt und den Austritt der Kunststoffschmelze verhindert. Durch Variation der Druckparameter kann das Aufschäumverhalten beeinflusst werden, so dass die Dichte des Bauteils ortsselektiv eingestellt werden kann.
Somit konnte ein extrusionsbasierter, additiver Fertigungsprozess umgesetzt werden, welche die Verarbeitung von thermoplastischen Schäumen ermöglicht. Eine Weiterentwicklung ist geplant und es wird aktuell untersucht, welche Vorteile der entwickelte Austragsmechanismus bei der Verarbeitung anderer Materialien hat: So könnten auf dieser Basis Verbesserungen bei der Verarbeitung von thermoplastischen Materialien mit sehr niedrigerer Schmelzeviskosität erzielt werden.
Link:
Projekt:
bioXXprint - Der Bio-Schaum-Drucker für gradierte Strukturen
Kontakt:
Fraunhofer IPA, M.Sc. Jonas Fischer, jonas.fischer@ipa.fraunhofer.de, +49 711 970-1119