ABS-Strang

Ein einzelner aufgeschäumter ABS-Strang mit der erhaltenen geschlossenzelligen Schaumstruktur und homogenem Porendurchmesser. (Bild: SKZ

Mit dem Forschungsvorhaben will das SKZ, bereits beim Spritzgießen und der Extrusion etablierte Verfahren des Schäumens auf den 3D-Druck übertragen. Bei individuell gestalteten Produkten mit variablen Dämpfungseigenschaften wird überprüft, in wie weit die Vorteile des Schäumens – darunter die Gewichtsreduktion und die Dämpfungseigenschaften – auch im Bereich des 3D-Drucks genutzt werden können. Die mechanischen Kennwerte der 3D-gedruckten Probekörper sollen dabei mit spritzgegossenen Integralschäumen verglichen werden.

 

AKF für Materialien mit Additivzusätzen

ungeschäumte ABS-Schicht
Eine ungeschäumte ABS-Schicht mit gleichmäßiger Struktur. (Bild: SKZ)

Das Herstellen von gedruckten, flexiblen Schaumstrukturen ist bislang noch wenig erforscht. Geschäumte Kunststoffe besitzen ein einzigartiges Eigenschaftsprofil und sind damit unter anderem für Anwendungen in der Verpackungs-, Sport- und Automobilindustrie relevant. Das Schäumen von Kunststoffen ist in der Industrie etabliert und geschieht etwa durch Zugabe eines Treibmittels. Für das Verarbeiten von Materialien mit Additivzusätzen im 3D-Druck bietet sich insbesondere das AKF-Verfahren an. Zum Einem verarbeitet der Drucker Granulate, in die sich die Treibmittel leicht einarbeiten lassen. Zum anderen lässt sich der Austrag über das Verhältnis von Massedruck, Schneckenweg und Frequenz der piezogetakteten Nadelverschlussdüse regeln. Bisher gibt es jedoch wenige Erkenntnisse über die Anforderungen an die Materialien sowie die Bauteil- und Prozessgestaltung für 3D-gedruckte Schaumstrukturen. Die Projektergebnisse sowie die entwickelten Methoden sollen hier grundlegende Erkenntnisse liefern.

Vorteile gegenüber Spritzgießen

geschäumte ABS-Schicht
Die CT-Aufnahme einer im AKF-Verfahren geschäumten ABS-Schicht. Die Poren sind hier gleichmäßig verteilt. (Bild: SKZ)

Aufgrund der zellulären Struktur besitzen Schäume besondere Eigenschaften, die von der Polymermatrix, der Zellstruktur und dem Gasanteil bestimmt werden. Wichtige Kenngrößen sind die Dichte und die Zellgrößenverteilung. Da diese stark durch die einzelnen Prozessschritte beim Herstellen des Schaums beeinflusst werden, ist es wichtig, die Zusammenhänge bei der Schaumbildung zu verstehen. Erste Vorversuche mit Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) zeigten demnach, dass durch die Verwendung von treibmittelbeladenen Schmelzen mit dem AKF eine maximale Gewichtsreduktion von etwa 37 % im Vergleich zum spritzgegossenen Vollmaterial und eine Gewichtsreduktion von 28 % im Vergleich zu ungeschäumten AKF-Probekörpern erreicht werden.    

Über das Forschungsvorhaben

ungeschäumtes ABS
Hier ist die fehlende Stranghaftung durch Vergrößerung des Formfaktors für ungeschäumtes ABS erkennbar. (Bild: SKZ)

Im Forschungsprojekt des SKZ werden die Auswirkungen der gewählten Prozessparameter des AKF auf die Ausbildung der inneren Schaumstruktur der 3D-gedruckten Bauteile grundlegend charakterisiert und analysiert. Die Forschungsergebnisse sollen die Anwendungsmöglichkeiten der additiven Fertigungsverfahren erweitern. Das Forschungsprojekt mit dem Förderkennzeichen 21564N wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschung (Aif) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Bmwi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Projekt ist auf zwei Jahre ausgelegt.

Quelle: SKZ

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