Ein Rad, bestehend aus einer Hartkomponente als Felge und einer Weichkomponente für den flexiblen Reifen. (Bild: SKZ)
Die generative Verarbeitung oder besser „additive Fertigung“ ist die technische Bezeichnung für eine Bandbreite von Verfahren, die auch mit dem Begriff „3D-Druck“ bezeichnet werden. Viele der Verfahren entstanden in den 1980er-Jahren und eröffneten durch die Zugänglichkeit hochkomplexer, mit anderen Prozessen nicht herstell-barer Geometrien neue Horizonte in der Konstruktion. Heute entstehen bionisch in-spirierte und durch Algorithmen optimierte Tragstrukturen aus teils mehreren Komponenten, deren Eigenschaften zusätzlich mit den verschiedensten Additiven modifizierbar sind. Die Drucker haben wie selbstverständlich ihren Weg in die Jugendzimmer gefunden und produzieren fantasiereiche Modelle aus intuitiv zu bedienender Software. 3D-Druck können nicht nur CAD-Expertinnen und Experten!
Die Hersteller von Software, Druckern, Halbzeugen und Rohstoffen haben die Zuverlässigkeit ihrer Systeme in der industrieellen Serie schon längst bewiesen. Wenn individualisierte Produkte gefragt sind, ist die additive Fertigung das Mittel der Wahl; das gilt für den Druck von Werkzeugen, Formen und Kavitäten aus Kunststoffen für die Spritzgießkleinserie ebenso wie für die direkte Bauteilherstellung oder dessen Reparatur.
Welche Technologien und Werkstoffe eingesetzt werden
Die additive Fertigung ist so vielfältig wie die Kunststoffwelt selbst und verarbeitet alle Arten von Polymeren: Thermoplaste, Compounds, Blends sowie Elastomere und Duromere. Je nach Methode werden sie in den Pulverbettverfahren gesintert oder verklebt, in den harzbasierten Verfahren ausgehärtet oder verschmolzen. Die Methoden werden danach unterschieden, ob die Rohstoffe als Flüssigkeit, pulverförmig oder als Filament/Granulat vorliegen – zudem gibt es viele innovative Hybridverfahren.
Die Filamentverarbeitung ist die am weitesten verbreitete Methode. Aufgeschmol-zene dünne Stränge verbinden sich zum dreidimensionalen Bauteil. Die Ausführung reicht von einfachen „Makern“ für Modelle, Spielzeuge und Figuren aus beispielsweise Polylactid (PLA) bis zur industriellen Serien-maschine mit temperiertem Bauraum. Hochtemperaturthermoplaste (PEEK, PEI) werden eingesetzt für Leichtbauanwendungen in der Luft- und Raumfahrt. Vielfältige Materialmodifikationsmöglichkeiten können die Verarbeitung erleichtern und die Bauteile, zum Beispiel durch mikroverkapselte Additivcompounds (wird aktuell am SKZ in einem von der AiF geförderten Projekt, Kennzeichen 21817 BG, untersucht), funktionalisieren.
Die Möglichkeiten der additiven Fertigung sind noch lange nicht ausgeschöpft.
In der Mehrkomponentenverarbeitung bieten beispielsweise Hart-Weich-Kombi-nationen ein breites Anwendungsfeld für funktionale Bauteile mit Reibungs-, Dichtungs- und Dämpfungseigenschaften. Diese Kombinationen entstehen aus Polyamiden oder Polycarbonat in Kombination mit weichen thermoplastischen Elastomeren (Förderkennzeichen 19607 N).
Der Ideenreichtum bei der additiven Fertigung ist in Anwendung, Material und Verfahren noch lange nicht ausgeschöpft. So sprießen weiterhin ganz neue Technologien aus dem Boden wie beispielsweise 2021 die Selective Absorption Fusion von Stratasys. Auch materialseitig wächst das Spektrum kontinuierlich, bis hin zum 4D-Druck mit nachträglicher Veränderung der Bauteileigenschaften durch den Einsatz intelligenter Werkstoffe. Weitere interessante Informationen rund um das Thema additive Fertigung finden Sie auf unserer Homepage.
