Kunststoff in neuer 3D-Druck-Qualität

  • 17. November 2015

Verbundforschungsprojekt HP3D zur Herstellung von Kunstoffteilen startet in Jena.

Flexible Fertigungssysteme zur Herstellung individualisierter Produkte werden lang­fristig die modernen Produktions­szenarien bestimmen. Dazu zählen auch Systeme zur additiven Fert­igung, dem 3D-Druck, mit ihrem Potenzial, klassische Zerspanungs­verfahren zu substituieren. Sie ermöglichen die Herstellung von komplexen Geometrien mit indivi­duellen Eigen­­schaften in kleinsten Stück­­zahlen. Dem Vorteil der außer­ordentlich hohen Flexi­bilität stehen jedoch noch verschiedene Nachteile gegenüber: Das Herstellen großer Bauteile erfordert kostenintensive Fertigungszeit und die dazu notwendigen, maschinen­­spezifischen Materialien sind in der Regel teuer und die Material­vielfalt an einsetz­baren Werkstoffen ist begrenzt im Vergleich zu den für die Serien­fertigung üblichen Verfahren, wie zum Beispiel dem Spritz­guss. Für viele Anwendungen stehen additive Fertigungs­­technologien daher nur eingeschränkt zur Verfügung. Um sie weiter in Richtung Additive Manufacturing (3D-Druck in Serie) zu quali­fizieren und neuartige Fertigungs­möglichkeiten zu erschließen, bedarf es demnach ihrer konsequenten Weiter­entwicklung unter Berück­­sichtigung wirt­schaft­licher Gesichts­­punkte.

Die Teilnehmer des ersten Arbeitstreffens von HP3D in der EAH Jena. (Bild: S. Mischke)

Die Teil­nehmer des ersten Arbeits­treffens von HP3D in der EAH Jena. (Bild: S. Mischke)

Dem widmet sich das Verbundprojekt HP3D, das letzte Woche mit dem ersten Treffen an der Ernst-Abbe-Hochschule EAH Jena startete. Im Projekt kooperieren die 3D Schilling GmbH, die Glamaco Engineering GmbH, die Granula Deutschland GmbH, die Mebitec Meerbuscher Informations­technik GmbH, die Optris GmbH, die TU Ilmenau, das Fraunhofer Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF sowie die EAH Jena.

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer hoch­produktiven Anlage zur Herstellung von Teilen aus beliebigen thermo­plastischen Kunst­stoffen. Durch die erstmalige Realisierung eines „echten“ drei­dimensionalen additiven Verfahrens wird es möglich, festigkeits­optimierte Teile her­zustellen bei gleich­zeitiger Berück­sichtigung von Leicht­bau-Aspekten. Durch den Einsatz von Multi­material­systemen, dem Einsatz von zusätzlichen Funktions­elementen gelingt es, eine Vielzahl von spezifischen Anfor­derungen in das Kunst­stoff­teil zu integrieren.

Erreicht werden soll dies durch die Kombination von Industrie­­robotern mit speziellen Druck­köpfen zu einem Anlagen­system, um mit Standard-Kunststoff-Granulat in einem strang­­weisen Schicht­aufbau 3D-Bauteile zu generieren. Dazu wird ein System zur Offline-Program­mierung, um die CAD-Daten des Bauteiles in Bewegungs­abläufe des Roboters umzusetzen entwickelt. Dazu kommt die Entwicklung verschiedener System­komponenten, wie modulare Extruder, Spann­systeme, Temperier­einheiten, Module zur laser­­gestützten Nach­bear­beitung, Mess­systeme zur Prozess­über­wachung sowie der Steuerung des Gesamt­systems zur Synchronisation der Hand­habungs­einheiten und System­komponenten.

Die Ergebnisse des Forschungs­vorhabens eröffnen für die Konstruktion und Her­stellung von komplexen Kunststoff-Großteilen neue Möglichkeiten und Ein­spar­potenziale. Das belegen Abschätzungen, die auf Basis bestehender Vor­ar­beiten erfolgten. Die neuartige Funktions­­integration, wie Leitbahnen, Dämpfungs­elemente oder Feder­elemente, der Aufbau von komplexen Teilen mit beweglichen Einzel­teilen sowie die Herstellung von massiven und großflächigen Kunst­stoff­teilen ohne Treib­mittel ermöglichen die Ein­führungen neuer und verbesserter Produkte in verschiedensten Markt­segmenten. Einsparungen ergeben sich beispiels­weise aus dem Weg­fall des aufwendigen Formen-/Werkzeug­baus – Stück­kosten­senkung bei Groß­teilen um zwanzig Prozent –, durch eine erhöhte Produktivität bei erziel­baren Aufbau­raten von über zwei Kilo­gramm pro Stunde sowie die Realisierung von Leicht­bau­strukturen (Verringerung der Material- und Energie­einsatz um rund sechzig Prozent).

Das Vorhaben wird vom Bundes­ministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Programms Forschung für die Produktion von morgen, Themenfeld Produktions­anlagen für Wachstums­märkte gefördert. Die Projekt­betreuung erfolgt durch den Projekt­träger Karlsruhe PTKA-PFT, Außen­stelle Dresden.

EAH / OD

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