3D-Druck von Harzen

Schnelle Härtung mittels UV-LED.

Ein neues 3D-Druck-Verfahren, das den heute gängigen Verfahren in Druckqualität und -geschwindigkeit sowie bei der Homogenität des Materials deutlich überlegen sein soll, wird in dem Forschungsprojekt »Bandabgelegte, doppelt UV-gehärtete Materialien für 3D-Engineering – Überwindung der Eigenschaftsgrenzen des heutigen Rapid Manufacturings, BUERMa« unter Federführung des Forschungsbereichs Polymermaterialien und Composite PYCO des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP, Potsdam,  entwickelt. Bei Verwendung von kostengünstigen UV-LED-härtbaren Reaktivharzen soll der Einsatz von Verstärkungsfasern, Füllstoffen, Flammschutzmitteln sowie leitfähigen Zusatzstoffen untersucht werden. Additiv gefertigte Bauteile sollen so verbesserte Eigenschaften und verschiedenste Funktionalitäten erhalten.  Bei dem BUERMa-Verfahren wird ein zähflüssiges Reaktivharz mit einem Photoinitiator gemischt, in eine Dosiereinheit eingebracht und durch eine Düse mit einem Durchmesser von 0,1 bis 0,6 Millimetern gepresst. Das Material wird dann in vorprogrammierten Bahnen abgelegt und unmittelbar mit UV-LEDs bestrahlt. Dieser Vorgang sorgt dafür, dass sich die Harze mit Hilfe des Photoinitiators vernetzen und ein stabiles Polymernetzwerk bilden – sie härten sofort kontrolliert aus. Der Schichtaufbau erfolgt dann, wie etwa beim FDM-Verfahren, lagenweise.Das Harz härtet quasi in dem Moment aus, in dem das UV-Licht eindringt. Somit scheinen hohe Druckgeschwindigkeiten möglich zu sein. In dem Projekt möchte das Forscher-Team nicht nur ein robustes Druckersystem für Industrieanwendungen entwickeln, sondern auch speziell darauf abgestimmte Harzformulierungen für verschiedene technische Anwendungen. Vorgesehen sind ebenfalls Untersuchungen zur Ermittlung von optimalen Prozessfenstern und -parametern. Als wichtige Stellschrauben, die die Qualität beeinflussen, gelten dabei die Druck- und Fördergeschwindigkeit, die Dosiermethode, die Viskosität des Harzes, die UV-Intensität sowie die Bestrahlungsmethode. Im Rahmen des Projektes soll dafür ein kompakter, mit UV-LEDs bestückter Druckkopf konstruiert und entwickelt werden.

Bild: © Fraunhofer IAP – Im Projekt BUERMa wird ein neues 3D-Druckverfahren für Kunstharze entwickelt, mit dem Bauteile schneller gefertigt werden. Es soll außerdem kostengünstiger und präziser als etablierte Verfahren sein.

AK19.12.19

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