Von 3D-gedruckter Form zum GFK-Hohlkörper

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MESYS AG

Heraeus AMLOY Technologies GmbH

BMF Boston Micro Fabrication

voxeljet AG

Herstellung der verlorenen Kerne im 3D-Druck spart Zeit

Diese Lücke lässt sich durch Drucken der Kerne im 3D-Druckverfahren schließen. Anhand der Herstellung eines Motorradteils sollen die Möglichkeiten dieses Verfahrens im Folgenden Schritt für Schritt verdeutlicht werden.

Voxeljet verwendet das pulvergestützte 3D-Druckverfahren. Dieses Verfahren zeichnet sich durch eine schrittweise Produktion des Teils direkt anhand der CAD-Daten aus. Hierbei werden die Daten zunächst einmal vorbereitet und in Bitmap-Schichtgrafiken umgerechnet, die vom Drucker verarbeitet werden können.

Im ersten Schritt wird in einer Baubox eine bestimmte Menge Pulver auf eine Bauplattform aufgebracht und von der Austragsvorrichtung, die über das Baufeld geführt wird, zugleich nivelliert. Anschließend druckt ein Tintenstrahldruckkopf die erste Schicht der Bitmapgrafik mit einer Aktivierungsflüssigkeit auf das Pulver. Dadurch wird der Binder in der Pulverschicht aktiviert, der die Partikel verklebt. Für den Bau des Kernkörpers wird die Bauplattform nun um eine Schichtstärke abgesenkt und der Vorgang beginnt von vorne. Dieser Zyklus wird wiederholt, bis das Teil im Pulver fertiggestellt ist. Nach dem Druckvorgang kann das Teil aus dem Pulverbett entnommen und mit Druckluft oder Sandstrahl sorgfältig gereinigt werden. Zum Abschluss des Verfahrens wird es kurz in einem Konvektionsofen ausgehärtet.

Als Grundstoff für die Kerne wird das voxeljet AOB-Material verwendet. Diese Materialmischung besteht hauptsächlich aus Quarzsand. Außerdem enthält das Pulvermaterial einen Binder, der durch Aufbringen einer wasserbasierten Flüssigkeit mit dem Druckkopf aktiviert wird. Alle Bestandteile der Materialmischung können als umweltfreundlich betrachtet werden.

Versiegeln und Beschichten des Kerns optimiert die Oberfläche

Die im 3D-Druckverfahren gefertigten Teile weisen eine gewisse Porosität auf. Die Poren müssen vor dem Laminieren aus Sicherheitsgründen geschlossen werden. Dies geschieht in zwei Arbeitsschritten, um ein akzeptables Ergebnis zu gewährleisten. Der erste Schritt ist eine konventionelle Versiegelung mit einem Schlicker, wie er üblicherweise auch in der Gießereiindustrie verwendet wird. Als Material wird hierfür Zirkofluid 6672 von Hüttenes-Albertus eingesetzt. Dieser Schlicker enthält ein alkoholisches Dispersionsmittel und greift den gedruckten Kern daher nicht an. Die Beschichtung erfolgt durch kurzzeitiges Eintauchen des Teils in ein Zirkofluidbad. Nach dem Eintauchen muss das Teil kontrolliert und von Materialüberschüssen und Tröpfchen befreit werden. Zum Abschluss des Schlickerbeschichtungsverfahrens werden die Teile bei 60-80 °C in einem Konvektionsofen getrocknet.

Der zweite Schritt ist eine Feinbeschichtung, mit der die Poren vollständig geschlossen werden. Dies lässt sich mit dem Produkt Aquaseal des schweizerischen Herstellers Aeroconsult erreichen. Aquaseal ist ein wasserbasierter Wirkstoff, der auf die Oberfläche gestrichen oder gesprüht werden kann. Ein Eintauchen wird nicht empfohlen, da sich das wasserlösliche Teil hierbei auflösen würde.

Anschließend wird das Teil bei 60-80 °C im Konvektionsofen getrocknet. Nach dem Durchtrocknen kann der Beschichtungsprozess mehrere Male wiederholt werden, um die Oberfläche sicher zu versiegeln. Dank der bläulichen Farbanzeige des Aquaseal-Materials lässt sich die erzielte Qualität mühelos bestimmen.

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