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Formgebung Lufterhitzer optimiert Bauteileigenschaften im 3D-Druck

| Redakteur: Juliana Pfeiffer

Eine lokale Fügezonentemperierung soll die Bauteileigenschaften im additiven Verfahren optimieren. Mit dieser Entwicklung ermöglichen es Mitarbeiter am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) der RWTH Aachen auch großvoumige Bauteile additiv zu fertigen.

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Hybride Fertigungszelle des IKV zur additiven Fertigung großvolumiger Bauteile.
Hybride Fertigungszelle des IKV zur additiven Fertigung großvolumiger Bauteile.
(Bild: IKV Aachen)

Mit additiven Fertigungsverfahren lassen sich schnell Bauteile mit komplexen Geometrien und innenliegenden Strukturen in einer Anlage ohne Werkzeugwechsel oder Rüstvorgänge fertigen. Bisher lassen sich nur wenige mechanische Eigenschaften in Aufbaurichtung einbringen. Um die Bauteileigenschaften gezielt zu optimieren, haben Mitarbeiter am IKV eine Fügezonentemperierung entwickelt.

So funktioniert die lokale Fügezonentemperierung

Kurz vor Ablage der aktuellen Schicht wird die vorherige Schicht aufgeheizt, um die Verbindung beider Schichten und damit die Zugfestigkeit in Aufbaurichtung zu verbessern. Kernelement der Fügezonentemperierung ist ein Lufterhitzer, der die durchfließende Luft auf bis zu 650 °C erhitzt und die Schicht somit konvektiv erwärmt.

Installiert ist dieser in der hybriden Fertigungszelle des Instituts, die aus einem Schneckenextruder und einem Sechs-Achs-Roboter besteht. Während der Extruder für die Plastifizierung und den Ausstoß der thermoplastischen Schmelze sorgt, übernimmt der Roboter die Formgebung. So lassen sich hohe Massedurchsätze und großvolumige Bauteile mit komplexen Geometrien kombinieren.

In Zugversuchen an hergestellten Probekörpern haben bewiesen, dass das Erhitzen der vorherigen Schicht für einen höheren E-Modul sorgt, der auf die bessere Schichthaftung zurück zu führen ist. Steigt dabei noch die Lufttemperatur, wird dieser positive Effekt weiter verstärkt. Dabei verringert die aktive Schichtkühlung zwar Schichthaftung und E-Modul, wirkt sich dafür aber positiv auf die Formstabilität aus.

Am IKV wurden diese beiden positiven Effekte miteinander kombiniert. Dafür wurde zunächst die vorherige Schicht aufgeheizt, um die Schichthaftung zu verbessern. Anschließend wurde der aktuell ausgetragene und abgelegte Kunststoff gekühlt und so die Formstabilität des Bauteils erhöht.

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