3D-Druck Lichtdurchlässige Kunststoffbauteile additiv fertigen

Anbieter zum Thema

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH

ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH

Heraeus AMLOY Technologies GmbH

Komplexe Kunststoffbauteile, die an bestimmten Stellen lichtdurchlässig sein müssen, verlangen Herstellern und Entsorgungsunternehmen einiges ab. Mit additiver Fertigung ist es Fachleuten nun gelungen, diese Bauteile in nur einem einzigen Fertigungsschritt und durchgängig aus demselben Material herzustellen.

Ob Armaturenbrett, Zierleisten oder die hinterleuchteten Knöpfe und Schalter für Klimaanlage und Radio – viele Automobil-Komponenten und elektrische Geräte besitzen Lichtelemente oder selektiv beleuchtete Symbole. Beim Autofahren hilft der Kontrast aus dunklem Hintergrund und hellem Symbol, die gewünschte Taste nachts schnell zu erkennen und sich weiter auf den Straßenverkehr zu konzentrieren.

Selbst für kleine Bauteile wie Tasten und Wippen sind für die Herstellung hinterleuchteter Symbole mehrere Materialien mit unterschiedlichen Lichtdurchlässigkeiten, diverse Prozessschritte oder eine wechselnde Bauteildicke nötig. Dabei werden die einzelnen Materialien meist untrennbar miteinander verbunden, was die Recyclingfähigkeit stark reduziert. Die Projektgruppe Prozessinnovation des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und das Technologie Impact Hub des Lehrstuhls Umweltgerechte Produktionstechnik der Universität Bayreuth nutzen die Additive Fertigung, um die Herstellung dieser funktionalisierten Kunststoffbauteile ökologischer und ökonomischer zu gestalten.

„Recyclingfähigkeit und kurze Prozesszeiten spielen eine immer wichtigere Rolle bei der Fertigung technischer Bauteile, besonders in der Additiven Fertigung“, sagt Marco Wimmer vom Fraunhofer IPA. „Durch die Nutzung der Potenziale der Additiven Fertigung sowie innovativer Materialien und Maschinentechnologien entstehen neue Fertigungsmöglichkeiten für funktionalisierte Bauteile.“

Bildergalerie

Aus Pulver werden selektiv transluzente Bauteile

Als Ausgangsmaterial für die Additive Fertigung selektiv transluzenter Bauteile nutzt das Forschungsteam um Wimmer fein gemahlene, thermoplastische Kunststoffpulver. In Frage kommen beispielsweise weiche thermoplastische Elastomere, steife Kunststoffe wie Polybutylenterephthalat (PBT) oder transparente beziehungsweise transluzente Copolymere. Diese und weitere kommerziell verfügbaren oder noch in der Entwicklung befindlichen Kunststoffpulver parametrisieren die Bayreuther Wissenschaftler für das High Speed Sintering (HSS) und verarbeiten sie testweise.

Additiv gefertigte Bauteile mit hochaufgelösten Mustern

Ob ein Bereich lichtdurchlässig ist, entscheidet die Menge an Ruß, die lokal über die Tinte auf das Kunststoffpulver aufgebracht wurde. Für das Schmelzen des Kunststoffpulvers wird nur eine kleine Menge an Ruß benötigt. Sie färbt das Bauteil leicht hellgrau, doch die transluzenten Eigenschaften des Kunststoffpulvers überwiegen. Wird mehr als die zum Schmelzen des Kunststoffpulvers benötigte Minimalmenge an Ruß aufgebracht, nimmt die Lichtdurchlässigkeit lokal entsprechend ab.

Die Bayreuther Wissenschaftler nutzen diese Wechselwirkung gezielt aus, um additiv gefertigte Bauteile mit hochaufgelösten Mustern, Schriftzügen und Symbolen herzustellen und mithilfe einer Lichtquelle zum Leuchten zu bringen. Aufgrund der hohen Druckauflösung der Inkjet-Druckköpfe können neben harten Hell-Dunkel-Kontrasten auch fließende Übergänge realisiert werden.

Konstruktive Anpassung von Bauteildicken nicht nötig

Individualisierte Muster, Schriftzüge und Symbole, komplexe dreidimensionale Strukturen mit Lichtelementen oder transluzente Bauteile für Kombinationen aus Sensorik und Beleuchtung – all das kann mit diesem 3D-Druckverfahren in einem einzigen Fertigungsschritt und ohne konstruktive Anpassung von Bauteildicken produziert werden. Und weil die Kunststoffbauteile durchgängig aus demselben Material bestehen, können sie ohne Weiteres recycelt werden.

(ID:50061295)