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Forschung Variable Schichtdicke mit einer Düse

| Redakteur: Simone Käfer

Im Forschungsprojekt „IvExAP“ wird für die Additive Fertigung mit Filament ein Druckkopf entwickelt, der unterschiedliche Bahnbreiten drucken kann.

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An der TH Nürnberg wird eine Düse entwickelt, die unterschiedlich dicke Schichten auftragen kann. Auch an das passende Filament denken die Wissenschaftler.
An der TH Nürnberg wird eine Düse entwickelt, die unterschiedlich dicke Schichten auftragen kann. Auch an das passende Filament denken die Wissenschaftler.
(Bild: TH Nürnberg)

An der TH Nürnberg entwickelt Prof. Dr.-Ing. Michael Koch im Forschungsprojekt „IvExAP“ einen Druckkopf, der variable Bahnbreiten ermöglicht. „IvExAP“ steht für „Innovatives Extruderkonzept für schnelle und effiziente Additive Produktion“. In diesem Forschungsporjekt arbeitet das Team um Koch sowohl an einem Filament mit Durchmessern von 0,2 bis 1  mm, als auch an der passenden Düse. Bislang haben Extruder für 3D-Drucker eine runde Düsenbohrung. In ihrem Projekt entwickeln Koch und sein Team eine ovale und eine rechteckige Düsenöffnung. Dieses Langloch sei einfach aufzubauen und funktioniere mit den vorhandenen Standard-Extrudern. Koch erklärt, dass der komplette Extruder oder zumindest die Düse drehbar sein muss, damit die verschiedenen Düsenöffnungen in alle Richtungen verwendbar sind. Je nach Winkelstellung wird dann mit der schmalen Seite, der breiten Seite oder einer Zwischenposition gedruckt. „Dadurch erhalten wir unterschiedlich dicke Kunststoffbahnen bei einer konstanten Druckgeschwindigkeit. Wir können sowohl große Flächen als auch kleine Details innerhalb eines Arbeitsschrittes drucken, ohne den Drucker zu stoppen“, so Koch.

Das 3D-Druck-Verfahren

Bei der Materialextrusion (MEX; auch FLM, FFF, FDM) baut der Drucker das Werkstück schichtweise aus einem schmelzfähigen Kunststoff auf. Der Druckkopf oder Extruder erhitzt den Kunststoff und trägt ihn in rechtwinkligen Bahnen auf das Werkstück auf. Die Schichten verbinden sich miteinander und das Material härtet aus. Feine Düsen mit einer Düsenbohrung von 0,1 bis 0,4 mm können feine Details darstellen, benötigen dafür allerdings eine längere Druckzeit. Grobe Düsen mit einem Durchmesser von 0,5 bis 2 mm arbeiten zwar mit einer höheren Druckgeschwindigkeit, durch die größere Schichtdicke gehen allerdings die Details verloren. „Den Widerspruch zwischen Auflösung und Druckgeschwindigkeit kann die Industrie theoretisch durch eine Düse lösen, die einen unterschiedlich dicken Kunststofffaden extrudieren kann“, erklärt Koch. „Das ist technisch allerdings nicht so einfach.” Deshalb forsche er mit meinem Team daran, eine Filament mit unterschiedlichen Durchmessern von 0,2 bis 1  mm.

Gefördert wird das Projekt mit 40.000 Euro von der Staedtler Stiftung.

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