SmartPrintHead/Material

Ein Bauteil im 3D-Druck herstellen und im laufenden Prozess Farbe, Dichte und Festigkeit variieren, ohne den Maschinenaufbau zu verändern? Forschende der BHT wollen das mit einem Industriepartner möglich machen. Dazu entwickeln sie gemeinsam einen 3D-Druckkopf und geeignetes Material. Am Ende sollen Anwender*innen die Dichte, die mechanischen und die optischen Eigenschaften des Kunststoffes bestimmen können. Das Forschungsteam an der BHT übernimmt die Arbeit an einem passenden Druckkopf. Der Industriepartner kümmert sich um das Basismaterial, einen Zusatzwerkstoff zum Aufschäumen, Weichmacher und Farbstoffe.

Vom Aufschäumen verspricht sich das Team, den Kunststoff schichtweise in verschiedener Dichte auftragen zu können. Das wird wichtig beim Thema Stabilität: In der Regel werden die Funktions- und Sichtflächen von Bauteilen in der jeweils vorgegebenen Stärke gedruckt. Der Rest wird mit geometrischen Strukturen gefüllt, um das Bauteil zu stabilisieren. Wird statt dieser Strukturen aufgeschäumter Kunststoff zum Füllen benutzt, spart das Material und Zeit. Gleiches gilt für die Stützstrukturen, die um filigrane Bauteile herum gedruckt werden. In diesem Fall käme bei bisherigen Verfahren noch ein zweiter Druckkopf zum Einsatz – beim Aufschäumen kann auf ihn verzichtet werden. Um die mechanischen Eigenschaften zu beeinflussen, entwickelt der Industriepartner einen Weichmacher. Er soll dem Granulat direkt beigemischt werden und elastische und flexible Übergänge zwischen den einzelnen Elementen des Bauteils schaffen. Die zu entwickelnden Farbstoffe sollen schließlich fließende Farbübergänge ermöglichen.

Damit die Werkstoffe entsprechend verarbeitet werden können, entwickelt das Forschungsteam an der BHT einen speziellen Druckkopf. Dieser muss mit einem Extruder ausgestattet sein, der das Kunststoffgranulat aufschmelzen und fördern kann. Außerdem braucht er eine Mischvorrichtung, in der Basismaterial und die Zusatzstoffe zum Aufschäumen, Weichmachen und Färben kombiniert werden können. Um den Prozess zu überwachen, stattet das Team den Druckkopf mit Sensoren aus, die Temperatur, Drehzahl und Volumenstrom messen.