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Die Wissensdatenbank mit Begriffen rund um's Thema Kunststoff
In diesem kostenfreien Onlinenachschlagewerk finden Sie zahlreiche Begriffserklärungen zum Werkstoff Kunststoff. Diese sind gerade auch für Quereinsteiger eine kleine Starthilfe in die umfangreiche Welt der Kunststoffverarbeitung.
Fertigungsverfahren der Additiven Fertigung
Bei der Additiven Fertigung, oder auch 3D-Druck genannt, erfolgt die Herstellung von Objekten durch schichtweises Hinzufügen von Material auf Basis eines digitalen Modells. Dieser Prozess ermöglicht die Erzeugung komplexer geometrischer Formen und Strukturen, die mit traditionellen Fertigungsmethoden oft schwierig oder unmöglich zu realisieren wären.
Die Materialien, die für die additive Fertigung verwendet werden können, variieren je nach Anwendung und Technologie. Beispiele hierfür sind Kunststoffe, Metalle, Keramiken und sogar organische Materialien. Durch diese Vielfalt an Materialien und Techniken kann die additive Fertigung für eine breite Palette von Anwendungen eingesetzt werden, darunter Prototyping, die Herstellung maßgeschneiderter Produkte, medizinische Anwendungen und auch die Fertigung von Bauteilen in Serie.
3D-Druck ist ein viel diskutiertes Thema und hält mit atemberaubender Geschwindigkeit Einzug in den industriellen Alltag. Die Formgebungsmöglichkeiten revolutionieren die Produktionsprozesse, verkürzen die Time to Market, machen Losgröße 1 möglich, reduzieren die Notwendigkeit der Lagerhaltung. Gerade die additive Fertigung von Kunststoffen bietet große Potenziale. Das SKZ trägt dem Rechnung und erweiterte kontinuierlich seine Forschungs-, Dienstleistungs- und Ausbildungsangebote innerhalb eines Kompetenzzentrums für additive Fertigung, dem Center for Additive Production (CAP) in Würzburg.
Extrusionsbasierte Verfahren
- Fused Layer Modeling (FLM): Ist ein weitverbreitetes 3D-Druckverfahren und auch unter den Namen Fused Deposition Modeling (FDM) sowie Fused Filament Fabrication (FFF) bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Kunststoffdraht (das sogenannte Filament) in eine beheizte Düse des FLM-Druckers eingezogen, aufgeschmolzen und dadurch formbar. Die Kontur und Füllung der gewünschten Geometrie wird mit dem austretenden dünnen Schmelzestrang schichtweise aufgebaut. Die Vorteile dieses Verfahrens liegen bei der großen Materialauswahl, Herstellung von Teilen mit mehreren Komponenten sowie komplexen Geometrien. Im Vergleich zu anderen Fertigungstechniken hat FLM geringere Anschaffungskosten und findet beispielsweise bei Betriebsmitteln und Vorrichtungen Anwendung. Aber auch in der Medizintechnik und Luft- und Raumfahrt ist FLM nicht wegzudenken.
- ARBURG Kunststoff-Freiformen (AKF): Ist ein Fertigungsverfahren der Firma ARBURG. Im Freeformer wird Kunststoffgranulat mit einer Dreizonenschnecke im Spritzaggregat erhitzt und aufgeschmolzen. Die Düse ist mit einem Nadelverschluss verschlossen und wird mit einem Piezoaktor mit hoher Frequenz geöffnet. Hierdurch treten aneinanderhängene Tröpfchen anstatt eines durchgängigen Strangs aus. Die Bauteile werden schichtweise durch das Auftragen der Tröpfchenauf dem beweglichem Bauteilträger gefertigt.
- Continous Filament Fabrication (CFF): Das Verfahren ist ähnlich zu Fused Layer Modeling (FLM). Das Ausgangsmaterial ist ebenso ein thermoplastisches Filament. Über einen zweiten Druckkopf mit Schneidwerk können Endlosfasern (mögliche Fasertypen: Carbon-, Kevlar-, Glasfasern) in das Bauteil integriert werden. So können in XY-Richtung sehr belastbare Bauteile hergestellt werden.
Pulverbasierte Verfahren
Das Laser-Sintern (LS): Diese additive Fertigungsverfahren ist besonders beliebt in der industriellen Fertigung von Kleinserien und in der Herstellung von komplexen Strukturen. Vorteile dieses Verfahrenssind die konstruktiven Freiheitsgrade, hohe Detailauflösung und wirtschaftliche Herstellung von mehreren Bauteilen. Dabei bestehen die Bauteile aus einem pulverförmigen Thermoplast. Durch Wiederholung des Beschichtungs- und Aufschmelzvorgangs entstehen schließlich die im Bauraum verteilten Bauteile. Nach erfolgter Fertigung werden die Bauteile langsam abgekühlt
Harzbasierte Verfahren
- Stereolithografie (SLA): Gilt als eines der ersten additive Fertigungsverfahren für den 3D-Druck und die Erfindung in den 1980er Jahren wird Chull Hull zugesprochen, auch wenn dies nicht ganz korrekt ist. Das flüssige Ausgangsmaterial (Photopolymer) wird durch einen UV-Laser schichtweise ausgehärtet. Das Photpolymer befindet sich hierbei einer großen Materialwanne (bis zu 90 kg Fassungsvermögen möglich). Der Laser belichtet von oben und fährt einzelne Bahnen ab und härtet das Material an den entsprechenden Stellen aus. Sobald eine Schicht vollständig belichtet wurde, fährt die Bauplattform um eine Schichtstärke weiter nach unten in die Materialwanne hinein. Der 3D-Druckprozess schließt mit mehreren Finishing-Schritten ab: Werkstück Reinigung, entfernen der Supportstrukturen, Nachhärten mittels UV-Licht, ggfs. mechanische Nachbehandlung (schleifen, strahlen). Mit dem SLA-Verfahren können komplexe sowie transparente Bauteile hergestellt werden.
- Digital Light Processing (DLP): Ähnlich zur Stereolithografie wird beim DLP-Verfahren das flüssige Ausgangsmaterial (Photopolymer) anstatt mit einem UV-Laser mit einem DLP-Projektor belichtet und ausgehärtet. Der Bauteilquerschnitt wird hierbei flächig auf die transparente Unterseite der Harzwanne projiziert. Die Aushärtung einer Schicht erfolgt dadurch in einem Schritt, anschließend bewegt sich die Bauplattform nach oben und trennt so die vernetzte Schicht von dem Boden der Harzwanne, neues flüssiges Material kann dann nachfließen. Anschließend fährt die Bauplattform wieder hinunter und der Belichtungsvorgang der nächsten Schicht beginnt. Der Vorgang wird wiederholt, bis das Bauteil vollständig aufgebaut wurde. Durch dieses 3D-Druckverfahren können die Bauteile mit detailgetreuer Auflösung sowie transparente und komplexe Formen gedruckt werden. Verglichen mit SLA erfolgt die Herstellung schneller, da eine Schicht in kürzester Zeit vollständig belichtet anstatt mit dem Laser über einzelne Bahnen abgefahren wird.
Weiterführende Links
Forschungsprojekte
