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FDM-3D-Druck Mit schichtweiser Plasmabehandlung die Bauteilfestigkeit erhöhen

Von Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

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PFLITSCH GmbH & Co. KG
Ruderer Klebetechnik GmbH
MESYS AG
Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST Bibliothek

Beim Fused Deposition Modeling (FDM) sind inhomogene Fertigkeitswerte in Z-Richtung eine potenzielle Schwachstelle des additiv gefertigten Bauteils. Abhilfe kann eine Plasmabehandlung während des Bauprozesses schaffen. Das Fraunhofer IST entwickelt dafür eine Ring-Plasmaquelle, die um die Düse des 3D-Druckers montiert werden kann.

Durch die lagenweise Plasmabehandlung werden Haftkräfte zwischen den einzelnen Lagen des Bauteils gesteigert. Darüber hinaus wird eine Modifikation der Oberfläche in Kavitäten ermöglicht. Das Ergebnis sind stabilere, qualitativ hochwertigere und langlebigere Bauteile.
Durch die lagenweise Plasmabehandlung werden Haftkräfte zwischen den einzelnen Lagen des Bauteils gesteigert. Darüber hinaus wird eine Modifikation der Oberfläche in Kavitäten ermöglicht. Das Ergebnis sind stabilere, qualitativ hochwertigere und langlebigere Bauteile.
(Bild: Fraunhofer IST / Paul Kurze)

Um die Haftung zwischen den einzelnen Lagen beim FDM-3D-Druck zu verbessern, modifizieren Forschende am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST gezielt die Schichten chemisch mithilfe von Atmosphärendruckplasmen. Nach eigenen Angaben werden dafür jetzt Plasmaquellen entwickelt, die in den 3D-Drucker integriert werden können. Mit dem Einsatz einer lagenweisen Plasmabehandlung bereits während des Herstellungsprozesses soll auch gleichzeitig eine Modifikation der Oberfläche in – vorher nicht vorbehandelbaren – Kavitäten ermöglicht werden.

Prototyp einer ringförmigen Atmosphärendruck-Plasmaquelle zur parallelen Behandlung während des 3D-Drucks.
Prototyp einer ringförmigen Atmosphärendruck-Plasmaquelle zur parallelen Behandlung während des 3D-Drucks.
(Bild: Fraunhofer IST / Paul Kurze)

Wie das Fraunhofer IST mitteilt, werden Plasmaquellen bisher nur getrennt vom Druckprozess eingesetzt. Um eine Integration der Quelle in den 3D-Drucker zu ermöglichen, müsse die Quelle und die Steuereinheit an verschiedene Anforderungen angepasst werden. Demnach muss die Plasmaquelle klein und leicht genug sein und auch Vorgaben im Hinblick auf Wärmeentwicklung oder Sicherheit genügen. Die Steuerung wiederum muss einen optimalen und sicheren Betrieb sowohl der Quelle als auch des 3D-Druckers gewährleisten.

Der Prototyp des Fraunhofer IST enthält aktuell eine miniaturisierte Punktquelle, mit der die gedruckten Oberflächen und Filamente hochaufgelöst modifiziert werden können. Langfristig ist geplant, eine Ringquelle zu verwenden, die um die Düse des 3D-Druckers montiert wird und dadurch eine direkte Behandlung während des Druckprozesses und ohne zeitlichen Mehraufwand erlaubt.

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