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3D-Druck

Zehn neue Verfahren für die additive Fertigung von Bauteilen

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Voxelfill-Prinzip überwindet inhomogene 3D-Druck-Festigkeiten

Das CEM-Verfahren mit Voxelfill-Strategie ermöglicht hybride Multimaterial-Lösungen mit unterschiedlichen Voxel-Füllmaterialien und Baumaterialien für die Kontur/Struktur der Innenwände.(Bild: AIM3D)
Das CEM-Verfahren mit Voxelfill-Strategie ermöglicht hybride Multimaterial-Lösungen mit unterschiedlichen Voxel-Füllmaterialien und Baumaterialien für die Kontur/Struktur der Innenwände.
(Bild: AIM3D)

Die Multimaterialdrucker von AIM3D können auf Grundlage von Standard-Spritzgussgranulat Produkte aus Metallen, Keramiken, Kunststoffen und verstärkten Kunststoffen drucken. Ihr Composite Extrusion Modeling (CEM-Verfahren) kombiniert den Metallspritzguss, den Keramikspritzguss und den eigentlichen Spritzguss mit dem FDM-Verfahren. Jedoch weist der schichtbasierte Aufbauprozess inhomogene Festigkeitswerte in Z-Richtung auf. Nun hat AIM3D die Voxelfill-Strategie entwickelt, die diese Einschränkung überwindet und die Wirtschaftlichkeit des CEM-Verfahrens steigert. Dabei werden Bauteile nicht mehr ausschließlich schichtweise aufgebaut, sondern durch den Einsatz von sogenannten Voxeln als Volumenbereiche schichtübergreifend gefüllt.

Die Voxelfill-Strategie betseht aus zwei Verfahrensstufen. Zuerst wird die Bauteilkontur als Basisstruktur über eine oder mehrere Bahnen des extrudierten Materials erzeugt. Im Inneren des Bauteils entsteht dabei ein Gittermuster, das die Grenzen der zu füllenden Volumenelemente als Waben definiert. Die CEM-Anlage wiederholt diesen Aufbau bis zu einer definierten Höhe der Volumenelemente. Dann erfolgt die Füllung der Hohlräume (Voxel) durch Einspritzen des thermoplastischen Materials. Der zweite Teil der 3D-Druckstrategie besteht darin, dass bei der Füllung der Volumenbereiche nicht alle Voxel in einer Ebene gefüllt werden. Durch Versetzen der Volumenelemente in halber Höhe der Voxel wird eine Art Ziegelverbund im Bauteil erzeugt. Dies bewirke eine enorme Festigkeitserhöhung und verbessere die Elastizität der Bauteile in Z-Richtung. Auf diese Weise können Bauteilgewicht, Dämpfungseigenschaften, Schwerpunktmanipulationen oder Elastizitäten – abgestimmt auf die Anwendung – definiert werden. Beim Einsatz von faserverstärkten Werkstoffen lassen sich die Fasern im Bauteil zudem gezielt auszurichten, um die mechanischen Eigenschaften zu steigern.

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