Extrusion

Pulsationsfreier Mini-Extruder für den roboterunterstützten 3D-Druck

17.07.2019 | Redakteur: Peter Königsreuther

Das Institut für Kunststofftechnik (IKT) der Universität Stuttgart hat einen Extruder ersonnen, der ein Kunststofffilament verarbeitet und dabei die roboterbasierte Additive Fertigung mit hohem Durchsatz ermöglicht.

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Detailansicht des neuen Mini-Extruders für die pulsationsfreie Verarbeitung von Kunststofffilamenten, den das IKT in Stuttgart entwickelt hat. Dieser soll den robotergestützten 3D-Druck („großer 3D-Druck“) ermöglichen. Die konische Einzugszone sorgt für einen konstanten Ausstoß des Filaments, unabhänig vom Werkzeug. In jeder Lage des Extruders kann so präzise gedruckt werden, heißt es.
(Bild: IKT)

Der „große“ 3D-Druck mit Robotern nach dem Strangablegeverfahren ist ein Ziel, dass Experten weltweit auf der Agenda haben, sagt das IKT. Dabei sollen die dafür eingesetzten Mini-Extruder (unter anderem auch Schweißextruder) meist gewisse Schwächen haben, die etwa zu einem pulsierenden Schmelzeausstoß führen und ein präzises Ablegen des Schmelzestrangs unmöglich machten. Am IKT, betonen die Beteiligten, wurde nun erstmals ein Mini-Extruder mit hohem und zugleich konstantem Schmelzeausstoß aus der Taufe gehoben.

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Ausstoßleistung des Mini-Extruders bei der Verarbeitung von ABS mit unterschiedlich dimensionierten Werkzeugdüsen. Wie man sieht, bleibt diese bezogen auf die Schneckendrehzahl stets konstant wegen der Zwangsförderung.

Prinzipdarstellung des IKT-Mini-Extruders.

Nuten und konischer Kniff machen Einzugszone fördersteif

Dieser pulsationsfreie Filamentextruder verfügt über eine spezielle Einzugszone, die es erlaubt, ein Filament durch die Rotation der Schnecke im Zylinder sicher zu fördern. Der Filamenttransport werde dabei durch die konische Ausführung der Schnecke respektive des Zylinders gesichert. Eine spezielle Führungsnut in der Schnecke und ein genuteter Zylinder führen zu einer Zwangsförderung, die, wie es weiter heißt, die Einzugszone fördersteif macht. Auf die Förderzone des Extruders folgt die Plastifizierzone, an die das Filament als Feststoffblock übergeben wird.

3D-Druck in jeder Lage des Extruders möglich

Eine maximale Aufschmelzleistung sowie Energieeffizienz wird durch eine Barriereschnecke in Kombination mit einem genuteten Plastifizierzylinder erreicht. Die Ausstoßleistung erreicht, wie es heißt, maximal 5 kg/h. Die Verarbeitung des Filaments ergebe zum einen eine hochpräzise Ausstoßleistung und zum anderen eröffnet es die Möglichkeit, dass unabhängig von der Lage des Extruders gedruckt werden könne, wodurch alle Freiheitsgrade für die Robotersteuerung und -bewegung nutzbar seien.

Großformatige gedruckte Bauteile sind das nächste Etappenziel

Nach ersten erfolgreichen Druckversuchen durch eine roboterbasierte Steuerung sollen nun im nächsten Schritt großformatige Bauteile gedruckt werden. Hierzu ist noch Entwicklungsarbeit für die Steuerung und die Synchronisation zwischen Extruderbewegung und Ausstoßmenge notwendig, das in einem weiteren Projekt erarbeitet werden soll. Dafür ist das IKT auf der Suche nach Projektpartnern, die eine Anwendung für großformatige Bauteile mittels Strangablegeverfahren beisteuern könnten. Interessenten wenden sich gerne direkt an Herrn Thieleke (philipp.thieleke@ikt.uni-stuttgart.de). Das IKT dankt der Baden-Württemberg-Stiftung, die die Entwicklung des Systems finanzierte.

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