Arburg-Kunststoff-Freiformen (AKF) Kunststoffschäume im 3D-Druck fertigen

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Geschäumte Werkstoffe sind leicht und können dämpfen. Kunststoffe werden bislang im Spritzguss und der Extrusion aufgeschäumt. Nun soll in einem Forschungsprojekt untersucht werden, ob sich das Arburg-Kunststoff-Freiformen zur Herstellung von geschlossenzelligen TPE-Schäumen eignet.

Firmen zum Thema

Einzelner aufgeschäumter ABS-Strang mit geschlossenzelliger Schaumstruktur und homogenem Porendurchmesser. Die Poren sind blau markiert.
Einzelner aufgeschäumter ABS-Strang mit geschlossenzelliger Schaumstruktur und homogenem Porendurchmesser. Die Poren sind blau markiert.
(Bild: SKZ)

Aufgrund der zellulären Struktur besitzen Kunststoffschäume gute Dämpfungseigenschaften und ein geringes Gewicht. Diese Eigenschaften werden von der Polymermatrix, der Zellstruktur und dem Gasanteil bestimmt. Wichtige Kenngrößen sind deshalb die Dichte und die Zellgrößenverteilung.

Das Schäumen von Kunststoffen geschieht beispielsweise durch Zugabe eines Treibmittels. Für die Verarbeitung von Materialien mit Additivzusätzen im 3D-Druck bietet sich insbesondere das AKF-Verfahren an. Zum Einem verarbeitet der Drucker Granulate, in die sich die Treibmittel leicht einarbeiten lassen. Zum anderen lässt sich der Austrag über das Verhältnis von Massedruck, Schneckenweg und Frequenz der piezogetakteten Nadelverschlussdüse regeln. Jedoch gibt es bisher wenige Erkenntnisse über die Anforderungen an die Materialien sowie die Bauteil- und Prozessgestaltung für additiv gefertigte Schaumstrukturen.

Prozess und Material aufeinander abstimmen

Im Rahmen des Forschungsvorhabens will das Kunststoff-Zentrum SKZ nun die Auswirkungen gewählter AKF-Prozessparameter auf die Ausbildung der inneren Schaumstruktur der additiv gefertigten Bauteile charakterisieren und analysieren. Dafür werden laut SKZ individuell gestaltete Produkten mit variablen Dämpfungseigenschaften unter die Lupe nehmen. Zusätzlich sollen die mechanischen Kennwerte der additiv hergestellten Probekörper mit spritzgegossenen Integralschäumen verglichen werden. Die Projektergebnisse sowie die entwickelten Methoden sollen grundlegende Erkenntnisse zur Herstellung serientauglicher geschäumter Bauteile mit reproduzierbaren Eigenschaften und Qualität liefern, heißt es.

Erste Ergebnisse sind vielversprechend

CT-Aufnahme einer im AKF-Verfahren geschäumten ABS-Schicht. Eine gleichmäßige Verteilung der Poren ist erkennbar.
CT-Aufnahme einer im AKF-Verfahren geschäumten ABS-Schicht. Eine gleichmäßige Verteilung der Poren ist erkennbar.
(Bild: SKZ)

Nach Angaben des SKZ zeigen erste Vorversuche mit Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), dass durch die Verwendung von treibmittelbeladenen Schmelzen mit dem AKF-Verfahren eine maximale Gewichtsreduktion von etwa 37 Prozent im Vergleich zum spritzgegossenen Vollmaterial und eine Gewichtsreduktion von 28 Prozent im Vergleich zu ungeschäumten AKF-Probekörpern erreicht werden. Eine gleichmäßige Verteilung der Poren sei realisierbar, was den Prozess deutlich von spritzgegossenen Schaumstrukturen abgrenzt. Diese zeichnen sich gewöhnlich durch eine kompakte Außenhaut mit zunehmender Porengröße im Bauteilinneren aus. Somit ist beim AKF-Verfahren eine Expansion über das gesamte Bauteil möglich und das Material liegt ebenmäßig zellulär vor.

(ID:47552351)