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Forschung

Kunststoffbauteile ohne stützende Strukturen drucken

| Redakteur: Simone Käfer

Auf der Formnext präsentiert das Fraunhofer ILT den Prototypen der Two-Cure-Anlage für den harzbasierten, support-freien 3D-Druck von Kunststoffbauteilen.
Auf der Formnext präsentiert das Fraunhofer ILT den Prototypen der Two-Cure-Anlage für den harzbasierten, support-freien 3D-Druck von Kunststoffbauteilen. (Bild: © Fraunhofer ILT, Aachen)

Mit dem harzbasierten 3D-Druck des Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) lassen sich Kunststoffbauteile ohne stützende Strukturen produzieren. Zu sehen ist die Two-Cure-Anlage auf der Formnext 2018.

  • Stützstrukturen sind überflüssig,
  • das Postprocessing besteht aus Waschen und Nachhärten,
  • der gesamte Bauraum kann genutzt werden

Das Two-Cure-Verfahren vom Fraunhofer ILT arbeitet ähnlich wie die Stereolithographie mit photolithographischer Belichtung, die flüssige Harze schichtweise aushärtet. Dabei waren Stützstrukturen bisher unumgänglich, weil die oft filigranen Kunststoffbauwerke gestützt werden und an eine Bauplattform angebunden sein müssen. Als Alternative entwickelten Forscher des Fraunhofer ILT im Rahmen eines staatlich geförderten Projektes das Two-Cure-Verfahren, bei dem flüssiges Harz schichtweise auf bereits gehärtetes Harz aufgetragen wird.

Wie bei einem Videoprojektor projiziert eine LED-Belichtungseinheit die Schichtgeometrie des Bauteils in das flüssige Harzbad, das an den belichteten Stellen aushärtet. Die anderen Harzbereiche werden durch Abkühlen verfestigt, wodurch die ausgehärteten Strukturen support-frei im gesamten Volumen schweben können. Das gesamte 3D-Bauvolumen und nicht nur die Bauplattform der Maschine lässt sich somit zum Druck nutzen.

So funktioniert Two-Cure

Die Entwickler aus Aachen setzen auf das geschickte Zusammenspiel von Licht und Kälte: Das Aushärten des Bauteils geschieht chemisch per Licht, das Verfestigen des umgebendem Materials thermisch per Kälte. „Das Material wird im warmen Zustand aufgetragen und dann per Licht irreversibel ausgehärtet”, erklärt Holger Leonards, Projektleiter Two-Cure am Fraunhofer ILT. „Gleichzeitig sorgt die gekühlte Maschine dafür, dass das schichtweise entstehende Bauteil mit dem zum wachsartig erstarrten Harz zu einem Block festfriert.” Er lässt sich anschließend bei Raumtemperatur verflüssigen, sodass das stützende Material abfließt. Übrig bleiben nur die 3D-gedruckten Bauteile, die nur noch kurz gewaschen und nachgehärtet werden.

Die Maschine der Aachener hat einen Bauraum mit einem Bauvolumen von etwa 1 l und einer lateralen Auflösung von rund 50 µm (pixel pitch) entstand. Mit der Anlage lassen sich beispielsweise mehrere 100 individuelle Otoplastiken für Hörgeräte, Formen für die Schmuckherstellung oder Kleinserien an Kunststoff-Komponenten fertigen. Bisher benötigten Anwender für diesen Durchsatz mehrere 3D-Drucker.

Die 24/7-Produktion im Blick

Der Anwender kann bei Two-Cure auch 3D-Komponenten im Bauraum an beliebigen Stellen aufbauen, sie müssen nicht mehr auf der Bauplattform stehen. Es lässt sich daher der gesamte Bauraum besser nutzen und der Betreiber kann deutlich mehr Teile pro Druckjob herstellen. Das Postprocessing besteht lediglich aus Waschen und Nachhärten, und die Maschine wirft den gefrorenen Block automatisch in ein Magazin, um mit der Produktion des nächsten Blocks fortzufahren. „Geplant ist, dass der Anwender 3D-Druckjobs in eine virtuelle Warteschlange schieben kann, die rund um die Uhr im Geisterschicht-Betrieb abgearbeitet wird”, blickt Leonards in die Zukunft. „Es lässt sich also langfristig eine additive Produktion nach dem 24/7-Prinzip realisieren.”

Suche nach Kooperationspartnern

Nach dem Bau der ersten produktionsreifen Maschine steht die Weiterentwicklung an. Das Fraunhofer ILT befindet sich auf der Suche nach weiteren Kooperationspartnern, die das Forscherteam bei den nächsten Schritten unter anderem bei der Evaluierung des Prozesses im Produktionsbetrieb, bei der Anpassung der Software sowie bei der Optimierung der Werkstoffe unterstützen.

Das ILT finden Sie auf der Formnext 2018 auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand E70 in Halle 3.0.

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