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Additive Fertigung

3D-Druck und Spritzguss kombinieren

| Redakteur: Dorothee Quitter

Wissenschaftler des Fraunhofer IPA haben mit dem additiven Freiformgießen ein neues Verfahren entwickelt, das die Vorzüge von 3D-Druck mittels FDM-Verfahren und Spritzguss vereint.

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Beim additiven Freiformgießen wird die Hülle des Bauteils im FDM-Druck aufgebaut. Anschließend befüllt eine Dosiereinheit im Drucker die Form mit einem Duroplast.
Beim additiven Freiformgießen wird die Hülle des Bauteils im FDM-Druck aufgebaut. Anschließend befüllt eine Dosiereinheit im Drucker die Form mit einem Duroplast.
(Bild: Fraunhofer IPA, Rainer Bez)

Beim FDM-Verfahren legt eine Düse das Druckmaterial in Strängen parallel zueinander ab. Dadurch entstehen Bindenähte und Porositäten. Da jede Schicht einzeln aufgetragen wird. vergeht für ein großes Bauteil viel Zeit. Zudem lassen sich nur Kunststoffe verarbeiten, die beim Erhitzen weich werden – sogenannte Thermoplaste. Duroplaste, die nach dem Aushärten trotz Wärmezufuhr stabil bleiben, können nicht verdruckt werden. Mit dem additiven Freiformgießen haben Forscher am Fraunhofer IPA jetzt einen Weg gefunden, diese Nachteile zu verringern. Dafür haben sie den additiven Prozess mit einem Gießverfahren kombiniert. Im ersten Schritt wird die Hülle des Bauteils mit dem FDM-Verfahren hergestellt. Als Druckmaterial verwenden die Experten den wasserlöslichen Kunststoff Polyvinylacetat (PVA). Anschließend wird die Hülle automatisch mit einer präzise dosierten Menge an Polyurethan oder Epoxidharz gefüllt. Bei Polyurethan dauert es nur drei Minuten, bis die Füllung getrocknet ist. Anschließend kann das Bauteil mit dem gleichen Prinzip beliebig in die Höhe erweitert werden. Sobald der Prozess abgeschlossen und das Bauteil ausgehärtet ist, wird die Form im Wasserbad entfernt. So entsteht ein 3D-gedrucktes Werkstück, mit Eigenschaften, die dem Spritzguss ähneln.

Um das Füllmaterial in die Hülle zu gießen, haben die IPA-Forscher eine spezielle Dosiereinheit für zweikomponentige Materialien im 3D-Drucker verbaut. Somit ist es möglich, das gesamte Verfahren, also den Druck der Hülle und die Füllung, am Stück durchzuführen. Der Druckprozess muss nicht unterbrochen werden und lässt sich wie beim herkömmlichen 3D-Druck vollständig digitalisiert steuern. Außerdem lassen sich mit dem Verfahren Zwei-Komponenten-Harze verarbeiten. Die neue Methode soll sich für verschiedenste Anwendungsbereiche und Branchen eignen. So lassen sich damit elektrisch isolierende Bauteile wie Steckdosen oder auch Schäume und Polster, wie sie bei Sicherheitselementen benötigt werden, herstellen. (qui)

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