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Additve Fertigung Kunststoffbauteile aus teilkristallinen Polymeren additiv fertigen

Redakteur: Juliana Pfeiffer

Teilkristalline Polymere sind für die additive Fertigung eine wichtige Werkstoffklasse. Dennoch gibt es bei der Herstellung noch zahlreiche Änderungen. Wie der 3D-Druck mit diesen Polymeren verbessert werden kann, daran arbeitet ein Forschungskonsortium.

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Ziel der Projektpartner ist es, die additive Fertigung von deutlich hochwertigeren Kunststoffbauteilen aus teilkristallinen Polymeren zu ermöglichen.
Ziel der Projektpartner ist es, die additive Fertigung von deutlich hochwertigeren Kunststoffbauteilen aus teilkristallinen Polymeren zu ermöglichen.
(Bild: Fraunhofer IMWS)

Polymere bestehen aus langen Molekülketten, die normalerweise ungeordnet vorliegen. Bei einigen thermoplastischen Kunststoffen kann es zu einer partiellen Ordnung der Molekülketten kommen, wenn die weiche Kunststoffschmelze erstarrt. Diese Kristallisation hängt hierbei von Faktoren wie:

  • den Abkühlbedingungen
  • Zusatz- und Füllstoffen im Polymer
  • den Strömungsbedingungen während des Erstarrens ab

Viele der in der Industrie genutzten Kunststoffe können im teilkristallinen Zustand vorliegen, etwa Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP). Aus ihnen werden beispielsweise Rohre oder Verpackungen hergestellt. Allerdings spielen solche teilkristallinen Polymere bei additiven Fertigungsverfahren wie dem 3D-Druck bisher fast noch keine Rolle. Der Grund: Das Spektrum der benutzbaren Kunststoffe ist eingeschränkt und die Eigenschaften der Bauteile sind oft verbesserungswürdig.

Buchtipp

Das Buch "Additive Fertigung" beschreibt Grundlagen und praxisorientierte Methoden für den Einsatz der additiven Fertigung in der Industrie. Es richtet sich an Konstrukteure und Entwickler, um eine erfolgreiche Implementierung additiver Verfahren in ihren Unternehmen zu unterstützen.

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Neue Wege zur additiven Fertigung hochwertiger Bauteile

Ein Forschungskonsortium aus dem Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS, der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (OVGU) nun ändern. Gefördert vom Land Sachsen-Anhalt mit Mitteln aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) wollen die Projektpartner neue Wege zur additiven Fertigung hochwertiger Bauteile aus teilkristallinen Polymeren eröffnen.

Es gibt viele offene Fragen, die von der Material- und Parameterauswahl über die Anpassung von additiven Technologien bis hin zur Bauteilprüfung reichen.

Prof. Mario Beiner, wissenschaftlicher Leiter des Geschäftsfelds Polymeranwendungen am Fraunhofer IMWS

Simulationsalgorithmen beschreiben Bauteileigenschaften

Ziel der Projektpartner ist es, die Kristallisationsprozesse während der additiven Fertigung zu erfassen, zu beherrschen und zu steuern. Hierfür sollen geeignete Simulationsalgorithmen erforscht werden, um die resultierenden Bauteileigenschaften zu beschreiben. Untersucht werden dazu die Parameter beim additiven Fertigungsprozess wie:

  • Temperatur
  • Kühlraten und
  • Scherraten

Ziel: mechanisch hochbelastbare Kunststoffbauteile

Ergebnis der bis 31. März 2022 laufenden Arbeiten sollen Kenntnisse sein, die durch eine Inline-Erfassung und Anpassung der 3D-Druckparameter, Modifizierung der Fertigungstechnologien und simulative Prozessbegleitung die additive Fertigung von deutlich hochwertigeren Kunststoffbauteilen aus teilkristallinen Polymeren ermöglichen. Diese Kunststoffbauteile sollen mechanisch hochbelastbar sein und eine hohe Geometrietreue aufweisen. Der 3D-Druck von Kunststoffbauteilen aus teilkristallinen Polymeren wäre damit greifbar nah.

Dieser Beitrag ist zuerst auf unserem Partnerportal Mission Additive erschienen.

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