Wie Materialextrusion industriell genutzt werden kann

Additive Fertigung Wie Materialextrusion industriell genutzt werden kann

19.08.2020Redakteur: Katharina Juschkat

Materialextrusion ist die am weitesten verbreitete 3D-Druck-Methode. Doch hohen industriellen Anforderungen wird sie nicht gerecht. Verschiedene Projekte an der Universität Bayreuth sollen das ändern.

Firmen zum Thema

Universität Bayreuth Forschungszentrum für Bio-Makromoleküle ALNuMed

MicroControl GmbH & Co. KG

SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH

Hans Turck GmbH & Co. KG

Das 3D-Druck-Verfahren Materialextrusion ist sehr weit verbreitet – aber qualitativ nicht immer hochwertig.
(Bild: LUP)

Die Materialextrusion ist weit verbreitet, da sie einfach und günstig ist. Fast jeder 3D-Drucker für Privatanwender arbeitet mit dem Verfahren. Der Nachteil: Industrielle Anforderungen in Sachen Qualität und Schnelligkeit erfüllt sie oft nicht.

Ein ingenieurwissenschaftliches Team am Lehrstuhl für Umweltgerechte Produktionstechnik (LUP) der Universität Bayreuth entwickelt das Verfahren deshalb in zwei Projekten weiter. Dabei arbeiten sie eng mit Unternehmen zusammen und wollen industriell realisierbare Lösungen entwickeln.

Materialextrusion – was ist das?

Bei der Materialextrusion wird ein erhitzter zähflüssiger Kunststoff unter hohem Druck aus einer Düse herausgepresst und anschließend weiterverarbeitet. Häufig wird die Qualität der auf diese Weise produzierten Bauteile gemindert, weil sich starke Schwingungen aus dem Extruder auf die Bauteile übertragen.

Extruder und Steuerung neu denken

Das Projekt „Flexibler Extruder und industrietaugliche Steuerung“ entsteht zusammen mit Steuerungshersteller Isepos. Dabei sollen die beiden wichtigsten Komponenten eines 3D-Druckers völlig neu entwickelt werden: der Extruder und die Steuerung. Das Projektteam verfeinert das Steuerungssystem, sodass es industriell eingesetzt werden kann. Das wird die Qualität der Bauteile steigern und die präzise Reproduzierbarkeit ermöglichen. Unter anderem soll die neu entwickelte Steuerung in Kurven beschleunigen können, nicht wie bisher nur linear.

Im Extruder werden die Düsengeometrien neu entwickelt und ein Wechselsystem für die Düsen eingebaut. Damit können Bauteile schneller gedruckt werden, ohne dass die Qualität darunter leidet.

LUP und IPA haben eine neue Maschine für die Materialextrusion entwickelt. Sie hat sehr viel Platz um z.B. Messgeräte und Sensorik unterzubringen und neue Steuerungen oder das Düsenwechselsystem zu testen.
(Bild: LUP)

Leichtbau im 3D-Druck

Ein Grund für die schlechte Qualität von 3D-Druck mit Materialextrusion sind die starken Schwingungen aus dem Extruder, die sich auf die Bauteile übertragen. Die Schwingungen lassen sich verringern, wenn der Extruder weniger Masse bewegen muss. Das erreicht der Anwender, wenn Leichtbau-Werkstoffe und Strukturen eingesetzt werden. Genau das untersucht das zweite Projekt des LUP: „Lightweight Efficiency in Additive Manufacturing“. Das Ziel: Einen Leichtbau-Extruder zu entwickeln, mit dem man leichte und passgenaue Bauteile mit hoher Oberflächenqualität drucken kann. Außerdem entwickelt das Team das Heizbett weiter, damit weniger Energie benötigt wird.

Kostenloses Webinar zum Thema Materialextrusion in der Industrie

Das LUP veranstaltet zum Thema am 25. August ein kostenloses Webinar. Hier geht es vor allem um die oft unterschätzten industriellen Potenziale der Materialextrusion. Auch aktuelle Herausforderungen werden thematisiert.

Zur Anmeldung

Tipp

Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) entwickelt die Universität Bayreuth aktuell den Anwenderleitfaden „Qualitätssicherung für das additive Fertigungsverfahren Materialextrusion in der Serienfertigung“, der Ende des Jahres erscheinen soll. Dort findet der Anwender eine praxisnahe Übersicht, wie er die Qualität in der Materialextrusion sicherstellen kann. Anhand eines selbst entwickelten Referenzbauteils wird die Möglichkeit beschrieben, die Fertigungsqualität einer Materialextrusionsmaschine zu bewerten.

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