{"id":37887,"date":"2023-10-18T09:54:27","date_gmt":"2023-10-18T07:54:27","guid":{"rendered":"https:\/\/plas.tv\/?p=37887"},"modified":"2023-10-18T09:54:27","modified_gmt":"2023-10-18T07:54:27","slug":"thermoplastschaum-aus-dem-3d-drucker","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/plas.tv\/?p=37887","title":{"rendered":"Thermoplastschaum aus dem 3D-Drucker"},"content":{"rendered":"
Das Fraunhofer ICT hat Thermoplastsch\u00e4ume mit sehr geringer Dichte entwickelt. Mittels 3D-Druck k\u00f6nnten daraus individuelle Leichtbauteile gefertigt werden. Weil es bisher problematisch war Sch\u00e4ume bei Additiven Produktionsverfahren einzusetzen, haben Forscher am Fraunhofer IPA eigens daf\u00fcr eine Verschlussd\u00fcse entwickelt. F\u00fcr Anwendungen kleiner Losgr\u00f6\u00dfen und individuell angepasster Bauteile ist der 3D-Druck oft die wirtschaftlichste L\u00f6sung. Entsprechend kommen zunehmend neue Materialien mit neuen Eigenschaftsprofilen f\u00fcr additive Fertigungsverfahren auf den Markt. Gedruckte Schaumbauteile sind so eine neue Anwendung. Stand der Technik sind hier mit chemischen Treibmitteln beladene Filamente, die w\u00e4hrend des Druckvorgangs aufsch\u00e4umen. Studien an mit chemischem Treibmittel versetztem Polylacticacid (PLA, zu Deutsch: Polymilchs\u00e4ure) haben gezeigt, dass damit Schaumbauteile mit einer Dichte von etwa 430 kg\/m\u00b3 erzeugt werden konnten. Im Vergleich zum Kompaktmaterial haben diese Sch\u00e4ume etwa 35 % der Dichte.<\/p>\n

Fraunhofer ICT verfolgt anderen Ansatz<\/b><\/p>\n

Mittels Extrusion am Fraunhofer-Institut f\u00fcr Chemische Technologie ICT hergestellte Filamente werden in einem neu entwickelten Verfahren mit Treibmitteln versetzt. Das Verfahren wurde bislang an dem vollst\u00e4ndig biobasierten Kunststoff PLA, an teilweise biobasiertem Cellulose-Propionat (CP) und an dem im \u00bbklassischen\u00ab Thermoplastschaumbereich \u00fcblichen erd\u00f6lbasierten Polystyrol (PS) demonstriert. Diese Materialien haben als Sch\u00e4ume ein breites Anwendungsspektrum.<\/p>\n

Die mit dem Verfahren des Fraunhofer ICT hergestellten Materialien, haben in ersten Versuchen auf handels\u00fcblichen 3D-Druckern zu Bauteildichten von bis zu 52 kg\/m\u00b3 gef\u00fchrt, in etwa 5% der Dichte des Vollmaterials. Im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik entspricht das einer Steigerung um nahezu den Faktor 10. Die Dichte des Schaums l\u00e4sst sich dabei einfach \u00fcber die Druckparameter (Temperatur, Vorschub, etc.) gezielt in einem weiten Wertebereich einstellen. Damit werden diese Sch\u00e4ume auch f\u00fcr sehr viele Anwendungen aus dem Drucker interessant. Aufgrund des starken Aufsch\u00e4umens des Bauteils w\u00e4hrend des Druckens auf das etwa 20-fache Volumen im Vergleich zum Vollmaterial, sind auch die volumenbezogenen Druckzeiten gegen\u00fcber einem gedruckten Vollmaterial deutlich reduzierbar, was die Wirtschaftlichkeit des Schaum-3D-Drucks weiter steigert.<\/p>\n

\u00dcber das Druckverfahren sind auch kombinierte Bauweisen denkbar. So ist beispielweise das Drucken von sogenannten Sandwichkonstruktionen denkbar, wobei Strukturen aus d\u00fcnnen Deckschichten an der Au\u00dfenseite des Bauteils aus Vollmaterial und einem gesch\u00e4umten Kern in der Mitte der Struktur in einem Druckzyklus hergestellt werden k\u00f6nnen. Diese Strukturen weisen ein sehr hohes Leichtbaupotenzial auf. Sie besitzen also hohe mechanische Eigenschaften bei gleichzeitig niedriger Bauteildichte.<\/p>\n

Anwendungsf\u00e4lle besonders im Transport- und Verkehrssektor denkbar<\/b><\/p>\n

Jonas Fischer vom Zentrum f\u00fcr Additive Produktion (ZAP) am Fraunhofer-Institut f\u00fcr Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart sieht deshalb zun\u00e4chst m\u00f6gliche Anwendungen im Transport- und Verkehrssektor: \u00bbIm Bereich der Mobilit\u00e4t spielen Leichtbaul\u00f6sungen eine wichtige Rolle\u00ab, sagt er. \u00bbGedruckte Schaumbauteile k\u00f6nnten hier an geeigneten Stellen eingesetzt werden, um Gewicht einzusparen und so die Effizienz von Flugzeugen sowie Fahrzeugen f\u00fcr Stra\u00dfe und Schiene zu verbessern.\u00ab Und auch bei der Fracht, die ein G\u00fcterzug transportiert, k\u00f6nnte sich dank der druckbaren Sch\u00e4ume einiges \u00e4ndern: F\u00fcr Sondermaschinen, spezielle Ersatzteile und andere individualisierte Produkte k\u00f6nnte passgenaues Verpackungsmaterial gedruckt werden, das vor Transportsch\u00e4den sch\u00fctzt. Gleichzeitig k\u00f6nnten wegen des geringen Gewichts der Verpackung Emissionen beim Transport mit dem Flugzeug, Schiff oder Lastwagen eingespart werden. M\u00f6glich machen die Sch\u00e4ume au\u00dferdem beispielsweise personalisierte Sitzpolster f\u00fcr Rollst\u00fchle oder belastungsgerechte Fahrrads\u00e4ttel.<\/p>\n

Um aufsch\u00e4umbare oder d\u00fcnnfl\u00fcssige Kunststoffe \u00fcberhaupt verdrucken zu k\u00f6nnen, hat Fischer zusammen mit weiteren Wissenschatlern vom ZAP eine Verschlussd\u00fcse entwickelt und patentieren lassen, die den Materialfluss an vorgegebenen Stellen automatisch unterbricht. Denn wer bisher d\u00fcnnfl\u00fcssige Kunststoffe mit einer minimalen Dichte von 80 kg\/m3 f\u00fcr die Additiven Fertigungsverfahren \u00bbFused Layer Modelling\u00ab oder \u00bbFused Filament Fabrication\u00ab nutzen wollte, hatte mit einem \u00e4rgerlichen Problem zu k\u00e4mpfen: Bei Fahrten ohne Materialaustrag floss dennoch ungewollt fl\u00fcssiges Material aus der D\u00fcse. Es entstanden qualitativ wenig \u00fcberzeugende Bauteile, die von Hand nachbearbeitet werden mussten. Ein Federmechanismus und eine Hohlnadel verhindern diese ungewollten Materialausfl\u00fcsse nun.<\/p>\n

Weitere Neuentwicklungen<\/b>\u00a0auf dem Gebiet der Additiven Fertigung gibt es von\u00a07. bis 10. November<\/b>\u00a0auf dem Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Gesellschaft auf der internationalen\u00a0Fachmesse Formnext<\/b>\u00a0in Frankfurt am Main zu sehen:\u00a0Halle 11.0, Stand D31.<\/b><\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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