Entwicklung von Prozess- und Anlagentechnik für den 3D-Direktdruck mit hochviskosen Medien (HighVisk3DDD)

Problemstellung
Viele Produktideen, für die eine individualisierte Herstellung durch binderlose 3D-Druck-verfahren auf Polymerbasis deutliche Vorteile brächten, können bislang noch nicht realisiert werden, da die dazu nötigen Baumaterialien aufgrund ihrer hohen Viskosität mit der verfügbaren Prozess- und Anlagentechnik nicht verarbeitet werden können.

Projektziel
Ziel des Projekts war es, Lösungsansätze zu untersuchen und die Anlagentechnik zu entwickeln, mit welcher derartige Bauteile realisiert werden können sowie das Verfahrenspotenzial anhand von Musterbauteilen zu ermitteln. Alle dafür denkbaren Lösungsansätze führten zu einer Erhöhung der Viskosität der Druckmaterialien. Um die notwendigen Materialeigenschaften erreichen, benötigt man Baumaterialien mit Viskositätswerten von >120 mPas bei Raumtemperatur (RT). Es gibt bisher noch keinen Drucker, der Materialien mit solch hohen Viskositäten verarbeiten kann. Teilziele des Projekts waren deswegen die Entwicklung der für hochviskose Druckmedien geeigneten 3D-Druckertechnologie und die Untersuchung und Entwicklung der Prozesse für ein binderfreies 3D-Druckverfahren einschließlich der Entwicklung geeigneter UV-härtender Baumaterialien.

Vorgehensweise
In drei Projektphasen wurden dazu zunächst einen Laborversuchsstand aufgebaut, dann eine Labormaschine mit integriertem Druckkopf realisiert und letztendlich einen Demonstrator für eine Druckmaschine mit einem Bauraum von 2 m x 1 m x 1 m für die Untersuchung des Verfahrens entwickelt. In diesen drei Phasen haben die Partner einen Drucker entwickelt, dessen fluidisches System durch ein umfassendes thermisches Management Farben mit Viskositäten von >120 mPas bei Raumtemperatur verarbeiten kann. Die mit der Anlage und den Materialien möglichen Prozessführungen wurden untersucht und die Verfahren zur Herstellung großer Bauteile am Beispiel eines Fahrerarbeitsplatzes für ein Nutzfahrzeug entwickelt und anhand von Musterbauteilen untersucht. Die Entwicklung eines Druckkopfs zur Verarbeitung von Farben mit Viskositäten von 40 mPas und mehr sowie die Entwicklung der Materialen ist durch Unterauftragnehmer erfolgt.

Anwendungspotenzial und Ergebnisse
Es ist geplant, die weiteren Entwicklungsschritte bis zur Serienreife nach dem Projekt entsprechend der Aufgabenverteilung im Projekt gemeinsam zu verfolgen. Dazu wird KMS den Prototyp der Druckmaschine weiterentwickeln, insbesondere alle Komponenten so auslegen, dass sie im Produktionsalltag sicher und zuverlässig arbeiten. cirp wird parallel dazu die Verfahren weiterentwickeln und Rezepte erstellen, die anschließend als Referenzparameter angeboten werden können. Die Ergebnisverwertung hat während des Projekts durch gemeinsame Veröffentlichungen und Messeauftritte stattgefunden.

• CIRP GmbH
• KMS Automation GmbH