{"id":22446,"date":"2020-09-04T08:39:42","date_gmt":"2020-09-04T06:39:42","guid":{"rendered":"https:\/\/php8.plastv.de\/?p=22446"},"modified":"2020-09-01T14:42:39","modified_gmt":"2020-09-01T12:42:39","slug":"additive-fertigung-von-multifunktionalen-bauteilen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/plas.tv\/?p=22446","title":{"rendered":"Additive Fertigung von multifunktionalen Bauteilen"},"content":{"rendered":"
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Die additive Fertigung geh\u00f6rt zu den derzeit wichtigsten Trends in der Industrie. Nun hat ein Team des Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Keramische Technologien und Systeme IKTS eine Anlage f\u00fcr das Multi Material Jetting entwickelt, mit der sich unterschiedliche Werkstoffe zu einem einzigen additiv gefertigten Bauteil vereinen lassen. Dadurch sind Produkte mit kombinierten Eigenschaften oder Funktionen realisierbar. Besonders leistungsf\u00e4hige Materialien wie Keramik und Metall kommen in dieser Anlage zum Einsatz.<\/b><\/p>\n

Bei der additiven Fertigung, beziehungsweise dem 3D-Druck, wird das gew\u00fcnschte Produkt nicht aus einem St\u00fcck geformt, sondern Schicht f\u00fcr Schicht aufgetragen. Das erm\u00f6glicht die pr\u00e4zise und individuelle Fertigung mit genau definierten Produkteigenschaften. Und die Technologie wird st\u00e4ndig weiterentwickelt. Waren es anfangs haupts\u00e4chlich Kunststoffe, werden seit einiger Zeit auch Metalle oder Keramik-basierte Werkstoffe verarbeitet.<\/p>\n<\/div>\n<\/article>\n<\/div>\n<\/section>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Einen gro\u00dfen Schritt weiter geht nun das Fraunhofer IKTS. Die Forschenden haben eine Anlage entwickelt, mit der die additive Fertigung von Multimaterial-Bauteilen basierend auf thermoplastischen Bindersystemen m\u00f6glich wird. Beim sogenannten Multi Material Jetting (MMJ) werden verschiedene Materialien mit ihren jeweils unterschiedlichen Merkmalen zu einem Produkt zusammengef\u00fcgt. \u00bbWir k\u00f6nnen derzeit bis zu vier Stoffe gleichzeitig verarbeiten\u00ab, erkl\u00e4rt Uwe Scheithauer, Wissenschaftler am IKTS. Die Einsatzgebiete sind vielf\u00e4ltig und liegen \u00fcberall da, wo Unternehmen hochintegrierte multifunktionale Bauteile mit individuell definierten Eigenschaften herstellen wollen.<\/p>\n

Produktion: Vom Tropfen zum Werkst\u00fcck<\/h4>\n

Die Fertigung geschieht in einem fortlaufenden Prozess. Zun\u00e4chst erfolgt die homogene Verteilung der pulverf\u00f6rmigen keramischen oder metallischen Ausgangsmaterialien in einer thermoplastischen Bindersubstanz. Die so hergestellten Massen werden in Mikrodosiersysteme (MDS) eingef\u00fcllt, worauf der eigentliche Fertigungsprozess startet. In den MDS werden die Massen bei rund 100 Grad Celsius aufgeschmolzen, wodurch sie sehr fein dosierbar sind. Um eine pr\u00e4zise Positionierung der Tr\u00f6pfchen zu realisieren, entwickelten die IKTS-Wissenschaftler eine entsprechende Software: Die Dosiersysteme legen computergesteuert hochpr\u00e4zise Tropfen f\u00fcr Tropfen an der richtigen Stelle ab, wodurch sich das Bauteil punktweise aufbaut \u2013 bis zu 60 mm und 1000 Tropfen pro Sekunde. Die Anlage arbeitet mit einer Tropfengr\u00f6\u00dfe zwischen 300 und 1000 \u03bcm, was zu einer H\u00f6he der aufgetragenen Schichten zwischen 100 und 200 \u03bcm f\u00fchrt. Maximal lassen sich derzeit Bauteile der Gr\u00f6\u00dfe 20 \u00d7 20 \u00d7 18 Zentimeter herstellen. \u00bbDas Entscheidende ist die individuelle Dosierung der Metall- oder Keramikmassen. Diese Dosierung sorgt daf\u00fcr, dass das additiv gefertigte Endprodukt w\u00e4hrend der abschlie\u00dfenden Sinterung im Ofen die gew\u00fcnschten Eigenschaften und Funktionen wie Festigkeit, thermische und elektrische Leitf\u00e4higkeit erh\u00e4lt\u00ab, sagt Scheithauer.<\/p>\n

Keramisches Satellitentriebwerk mit integriertem Z\u00fcnder<\/h4>\n

Ein hochkomplexes Bauteil \u2013 wie beispielsweise der Z\u00fcnder in einem Satellitentriebwerk aus Keramik \u2013 kann mit der neuen IKTS-Anlage realisiert werden. In der Brennkammer eines solchen Triebwerks herrschen extrem hohe Temperaturen. Die hitzebest\u00e4ndige Keramik ist daf\u00fcr ein ideales Material. Mit MMJ l\u00e4sst sich ein Z\u00fcnder f\u00fcr das Tiebwerk herstellen, der direkt integriert ist und zudem elektrisch leitf\u00e4hige und elektrisch isolierende Bereiche in einem einzigen, extrem robusten Bauteil vereint. N\u00f6tig sind dazu drei Dosiersysteme: eins f\u00fcr ein st\u00fctzendes Supportmaterial, das w\u00e4hrend der W\u00e4rmebehandlung im Ofen zersetzt wird, ein zweites f\u00fcr die elektrisch leitf\u00e4hige und ein drittes f\u00fcr die elektrisch isolierende Komponente. Auch im Bereich Consumerprodukte sind zahlreiche Anwendungen denkbar, etwa eine zweifarbige keramische Uhrenl\u00fcnette, die als individuelles Einzelst\u00fcck f\u00fcr einen Kunden produziert wird.<\/p>\n

Aufgrund der hohen Pr\u00e4zision und Flexibilit\u00e4t der Anlage taugt sie nicht nur f\u00fcr die Herstellung multifunktionaler Komponenten. \u00bbWir k\u00f6nnten beispielsweise auch die Rohlinge f\u00fcr Werkst\u00fccke aus Hartmetall fertigen. Da die Dosiersysteme extrem pr\u00e4zise arbeiten, sind die Rohlinge schon sehr nahe an der Endkontur und m\u00fcssen anders als bei herk\u00f6mmlichen Verfahren kaum mehr aufwendig nachgeschliffen werden. Das ist bei Hartmetall ein gro\u00dfer Vorteil\u00ab, sagt Scheithauer.<\/p>\n

Validierung und Kommerzialisierung<\/h4>\n

Das Projekt am IKTS hat gezeigt, dass die Technik auch in der Praxis funktioniert und skalierbar ist. Im n\u00e4chsten Schritt folgt die Validierung f\u00fcr den Industrieeinsatz. Neben der Hardware bietet das IKTS Industriekunden auch die Material- und Softwareentwicklung f\u00fcr die Prozess\u00fcberwachung und -automatisierung an. Der Kunde erh\u00e4lt so alles aus einer Hand und nach seinen Anforderungen ma\u00dfgeschneidert. Interessierte haben die M\u00f6glichkeit, die Technik im Rahmen der digitalen AM Ceramics meets CERAMITEC Conference<\/b> am 16. und 17. September 2020<\/b> kennenzulernen (www.am-ceramics.dkg.de).<\/p>\n

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