Ultraschneller 3D-Drucker entwickelt

Highspeed-3D-Drucker

Der 3D-Druck großvolumiger Kunststoffbauteile ist zeitaufwändig. Forscher haben deshalb ein System entwickelt, das acht Mal schneller als ein herkömmlicher 3D-Drucker arbeitet.

Wenn 3D-Drucker schichtweise aus geschmolzenem Kunststoff Objekte aufbauen, kann das dauern – bei Modellen im Hosentaschenformat beispielsweise rund eine Stunde. Dieses Verfahren ist zu langsam, um Bauteile in Großserien herzustellen. Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz hat deshalb ein neues System entwickelt. Es erreicht im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren eine um den Faktor 8 gesteigerte Prozessgeschwindigkeit. Um ein 30 Zentimeter hohes Bauteil aus Kunststoff zu fertigen, benötigten die Forscher mit der Highspeed-Technologie lediglich 18 Minuten.

Von diesem neuartigen 3D-Drucker könnten Werkzeughersteller, aber auch die Automobil- und Luftfahrtbranche profitieren. Der Drucker nutzt das an dem Chemnitzer Institut entwickelte Fertigungsverfahren SEAM, kurz für Screw Extrusion Additive Manufacturing. Das System erreicht die hohe Geschwindigkeit, indem es Werkzeugmaschinen-Technologie mit 3D-Druck kombiniert. Um den Kunststoffs zu verarbeiten, verwenden die Forscher eine eigens konstruierte Einheit, die das Rohmaterial aufschmilzt und mit einer hohen Austragsleistung ausstößt. Diese Einheit installierten sie über einer Bauplattform, die sich mithilfe des Bewegungssystems einer Werkzeugmaschine auf sechs Achsen schwenken lässt.

Auf der Bauplattform wird der heiße Kunststoff in Schichten abgelegt. Das Bewegungssystem der Maschine sorgt dafür, dass die Bauplatte so unter der Düse entlanggleitet, dass die zuvor programmierte Bauteilform erzeugt wird. Den Tisch können die Forscher mit einer Geschwindigkeit von einem Meter pro Sekunde in die X-, Y- sowie Z-Achse bewegen und auch um bis zu 45 Grad kippen.

Sieben Kilo Kunststoff pro Stunde

Pro Stunde werden bis zu sieben Kilogramm Kunststoff durch die heiße Düse mit dem Durchmesser von einem Millimeter gedrückt. Die vergleichbaren 3D-Druckverfahren FDM (Fused Deposition Modeling) oder FLM (Fused Filament Modeling) erreichen in der Regel nur 50 Gramm Kunststoff pro Stunde. Die Besonderheit: SEAM verarbeitet statt teurem FLM-Filament rieselfähiges, preisgünstiges Standard-Kunststoffgranulat zu belastbaren, faserverstärkten, mehrere Meter großen Bauteilen. Auf diese Weise lassen sich die Materialkosten um das 200-fache senken.

Mit dem neuen System gelingt es sogar, auf bereits bestehende Spritzgießbauteile aufzudrucken. „Da sich unsere Bauplattform schwenken lässt, sind wir in der Lage, mit einer separat bewegten Z-Achse auf gekrümmte Strukturen aufzudrucken“, erläutert Dr. Martin Kausch, Wissenschaftler am Fraunhofer IWU. „In Tests konnten wir verschiedenste Kunststoffe verarbeiten. Dies reicht von thermoplastischen Elastomeren bis hin zu Hochleistungskunststoffen mit 40 Prozent Kohlenstofffaser. Das sind für die Industrie besonders relevante Materialien, die sich mit klassischen 3D-Druckern nicht verarbeiten lassen.“

Ihre Weltneuheit präsentieren die Forscher erstmals auf der Hannover Messe 2019 vom 1. bis 5. April.

Bild: © Fraunhofer IWU