Additive Fertigungsprozesse haben bereits in vielen Branchen Einzug gehalten. Häufig werden sie zur Herstellung von Prototypen (Rapid Prototyping), Werkzeugen (Rapid Tooling) und inzwischen auch Funktionsbauteilen eingesetzt. Auch wenn die Bandbreite verfügbarer Technologien stetig wächst, gibt es zum derzeitigen Zeitpunkt noch große Herausforderungen bei der additiven Fertigung zum Beispiel von leitfähigen oder transparenten Freiformkörpern, da beide Eigenschaften sehr stark von der Bauteildichte und auf der Vermeidung von Grenzflächen im Objekt selbst beruhen.
Autor: Andreas Lehm vom Forschungsinstitut für Leder und Kunststoffbahnen gGmbH (FILK)
Mit Hilfe eines Freeformers (Arburg) ist es am FILK nun möglich, eine große Auswahl unterschiedlicher Thermoplaste in Granulat-/Pulverform (Standardgranulat oder Compound) zu 3D-Freiformkörpern zu verarbeiten. Wesentlicher Vorteil dabei ist die variabel einstellbare Dichte der erzeugten Bauteile. Diese kann bis zu 100 % erreichen, vergleichbar mit der Qualität eines Spritzgussteils. Somit ist es möglich, transparente Bauteile ausgehend von Polycarbonat (PC) oder Polymethylmethacrylat (PMMA) mit geringfügiger Oberflächennachbehandlung zu erzeugen. Über die Positionierung und Zuweisung spezifischer Bauteileigenschaften ist es ferner möglich, Bauteile mit Dichtegradienten zu erzeugen und transparente und opake Strukturen in einem Bauteil zu vereinen. Durch die Herstellung und Verarbeitung von Compounds können elektrisch leitfähige Werkstücke aus gefüllten Kunststoffen hergestellt werden, in denen die Packungsdichte im Bauobjekt und somit die elektrische Leitfähigkeit in weiten Grenzen variiert werden kann (elektrisch ableitend bis elektrisch leitend).
Die Werkstoffunktion kann darüber hinaus mit topologisch optimierten Oberflächen und/oder Strukturen kombiniert werden. So können Objekte lastpfadgerecht aufgebaut werden. Die Verwendung bionischer Strukturen eignet sich vor allem zur Gewichts- und Materialreduktion in unbelasteten Bereichen des Bauteils.
Interessante neue Herausforderung ist nun die Multimaterialverarbeitung etwa zu Hart-Weich-Verbunden aus einem Stück, wie sie in spezifischen Dichtungsanwendungen zum Einsatz kommen können oder dem Be- und Umdrucken von nicht-polymeren Materialien, wie Metallen, Keramiken oder auch die kombinierte Verarbeitung biogener und synthetischer Polymere zu komplexen Bauteilen.
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