KMU-innovativ Prozesskette zur Verarbeitung amorpher Kunststoffe mittels den additiven Fertigungsverfahren des pulverbettbasierten Schmelzens am Beispiel von Styrol-Copolymeren (ProAmorphPBF)

Problemstellung
Amorphe Kunststoffe dominieren unter den technischen Kunststoffen bei vielen Serienanwendungen aufgrund ihrer guten mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise hohe Steifigkeit, Zähigkeit, Festigkeit und Schlagfestigkeit oder ihrer Witterungsbeständigkeit. Sie finden daher Anwendung für hochbeanspruchte Bauteile in einer großen Bandbreite an Branchen, wie beispielsweise Automobilindustrie, Elektro- und Elektronikbranche. Bislang ist eine additive Fertigung von Bauteilen aus amorphen Kunststoffen mit höchsten Qualitätsansprüchen wie im Spritzgussverfahren nicht möglich. Eine Nutzung der Potenziale der additiven Fertigung (AF) wie Leichtbau, Funktionsoptimierung und -integration oder Individualisierung ist bisher für amorphe Kunststoffe nicht möglich. Dies gilt auch für die pulverbettbasierten Schmelzverfahren (PBF), die das größte Potenzial für die additive Fertigung von Serienbauteilen im industriellen Maßstab aufweisen.

Zielsetzung
Ziel des KMU-innovativ Projekts ProAmorphPBF ist daher die Entwicklung einer industrietauglichen Prozesskette auf Basis des PBF, die eine geeignete Verarbeitung von amorphen Kunststoffen mit Fokus auf Styrol-Copolymeren ermöglicht. Die damit gefertigten Bauteile sollen höchste Qualitätsansprüche wie beispielsweise im Spritzgussverfahren gefertigte erfüllen.

Vorgehensweise
Dazu ist eine ganzheitliche Betrachtung der Prozesskette des PBF vorzunehmen. Im Fokus steht die spezifische Anpassung der Prozessführung und Anlagentechnik des PBF an die Charakteristik amorpher Kunststoffe. Hierfür werden u. a. alternative Methoden zur flächigen Energieeinbringung auf Basis der PBF-Prozesse Lasersintern (LS) und High Speed Sintering (HSS) entwickelt, um ein geeignetes selektives Verschmelzen der amorphen Kunststoffpulver im Prozess zu ermöglichen. Unterstützend sind ausgewählte Pulvermaterialien an die Anforderungen des PBF durch eine gezielte Modifikation des Schmelzverhaltens anzupassen. Ebenfalls wird die Nachbehandlung der additiv gefertigten Bauteile berücksichtigt, um anwendungsgerechte Oberflächen und Bauteilfarben zu erzielen. Abschließend ist die entwickelte Prozesskette anhand erster industrieller Demonstratorbeispiele aus den Bereichen der Automobilindustrie, der Medizintechnik und der Konsumgüterindustrie zu validieren.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die neue Prozesskette ermöglicht die additive Fertigung für amorphe Kunststoffe. Sie ist prädestiniert für die wirtschaftliche Einzel- und Serienfertigung von komplexen Kunststoffbauteilen mit höchster Qualität. Mit drei validierten Branchen besteht das Potenzial einer Ausweitung auf weitere Anwendungsgebiete, wie z. B. die Elektronikindustrie. Durch dieses Novum ergibt sich eine exklusive Marktposition für die beteiligten Unternehmen, welche den Standort Deutschland im Bereich dieser innovativen Fertigungstechnologien erheblich stärken.

• 3D-Mectronic Frank Heimbert Kulke
• AM POLYMERS GmbH
• FIT AG
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• Wikutec GmbH