Ein Röntgenblick auf die Aufschmelzvorgänge

Additive Fertigung Ein Röntgenblick auf die Aufschmelzvorgänge

21.05.2026 Quelle: IKT 2 min Lesedauer

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Wissenschaftler des Instituts für Kunststofftechnik (IKT) der Universität Stuttgart haben mittels Röntgenstrahlen einen Blick in das additive FFF-Fertigungsverfahren geworfen, um zu verstehen, wie Kunststoffe in Druckdüsen aufgeschmolzen werden und fließen.

Schnittansicht des geschmolzenen, Wolfram-beladenen Kunststoffs im Schmelzekanal (Schema, links). Rechts die tatsächlich berechneten Trajektorien der segmentierten Partikel bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 1,5 mm/s.(Bild: IKT Stuttgart) — Schnittansicht des geschmolzenen, Wolfram-beladenen Kunststoffs im Schmelzekanal (Schema, links). Rechts die tatsächlich berechneten Trajektorien der segmentierten Partikel bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 1,5 mm/s.
(Bild: IKT Stuttgart)

Die additive Fertigung hat sich in den letzten Jahren zu einer der innovativsten Fertigungstechnologien zur Herstellung von Kunststoffprodukten mit komplexer Geometrie entwickelt. Außer in Produktentwicklung und Prototypenfertigung findet sie zunehmend auch Anwendung in der Serienproduktion.

Am weitesten verbreitet ist das sogenannte Fused Filament Fabrication-Verfahren (FFF), bei dem ein Kunststofffilament als Schmelzestrang schichtweise auf einer Bauplattform abgelegt wird. Die Geschwindigkeit dieses Prozesses wird maßgeblich durch die Aufschmelzrate des Filaments eingeschränkt. Die wirtschaftliche Serienproduktion mittlerer bis größerer Losgrößen unter Einsatz dieses Verfahrens stellt daher immer höhere Anforderungen an seinen Durchsatz. Um diesen zu steigern, sind detaillierte Modellierungen und Simulationsanalysen unerlässlich. Allerdings erschweren die geringen Bauteildimensionen des Hot-Ends, in dem das Filament aufgeschmolzen wird, die Integration sensorischer Elemente, die Aufschluss über die Details dieses Prozesses geben könnten.

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Kunststoffschmelze während der Extrusion positionsgenau erfassen

Die bisherigen Analyseverfahren erfordern daher einen optischen Zugang zum strömenden Medium. Im Rahmen des Forschungsprojektes „XTrude“ ersetzen die Wissenschaftler des Instituts für Kunststofftechnik (IKT) der Universität Stuttgart die gängigen Kamera- und Lasersysteme nun durch eine Röntgenprüfung. Mit der institutseigenen µ-CT Anlage von Comet Yxlon (Typ FF20 CT), die eine Auflösung bis hinab zu einem Mikrometer ermöglicht, können die röntgenoptimierten Düsen aus Aluminium durchleuchtet und die Kunststoffschmelze darin anhand der Wolframpartikel während der Extrusion positionsgenau erfasst werden. Dieser neuartige Zugang wird Modellierungen und Simulationen ergänzen und validieren, die am Institut bereits länger mit Erfolg durchgeführt werden.

Bisherige Methoden setzten entweder auf die Untersuchung des abgekühlten, zuvor mit Farbmarkern versehenen Filamentstrangs oder nutzten transparente Glasdüsen zur Strömungsanalyse. Diese Ansätze ermöglichen jedoch nur indirekte Rückschlüsse auf die Schmelze oder sind aufgrund der unterschiedlichen Materialeigenschaften nicht auf metallische Druckdüsen übertragbar.

Das erweiterte Verständnis über die Aufschmelz- und Strömungsvorgänge per Röntgenprüfung soll dazu beitragen, das FFF-Verfahren noch effektiver und wirtschaftlicher zu machen.

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Stand: 08.12.2025

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