IPA: Interessante Machbarkeitsanalyse

Fachleute vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, von der Universität Bayreuth und der voxeljet AG haben Machbarkeitsanalysen zu weiteren Werkstoffen für das additive Fertigungsverfahren »High Speed Sintering« (HSS) durchgeführt.

So wiesen die Expertinnen und Experten in einer Machbarkeitsanalyse und einer ersten Parametrisierung dem HDPE-Pulver DiaPow HDPE HX 11 eine sehr gute Verarbeitbarkeit im HSS nach. HDPE ist ein Polyethylen mit hoher Dichte, wasserabweisender Wirkung und sehr guter Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Fetten. Es wird für die Produktion von Behältern, Flaschen und Leitungen in der Lebensmittel-, Verpackungs- und Chemieindustrie genutzt. Eine geeignete Verarbeitung mittels additiver Fertigung war bisher allerdings kaum möglich, weil HDPE bei hohem Energieeintrag spröde wird. Der materialspezifisch ausgelegte HSS-Prozess ermöglicht hingegen eine Fertigung von HDPE-Bauteilen mit sehr guten mechanischen Eigenschaften bei hoher Form- und Maßhaltigkeit sowie Oberflächengüte.

Auch das Kunststoffpulver iglidur® i3 PL überzeugte: Die Fachleute fertigten daraus im Rahmen einer weiteren Machbarkeitsanalyse Gleitlager und Zahnräder mit dem HSS. Sie weisen sehr gute tribologische und mechanische Eigenschaften auf. iglidur® i3 PL ist ursprünglich speziell für die Fertigung solcher Bauteile mit laserbasierten additiven Fertigungsverfahren entwickelt worden.

Beim additiven Fertigungsverfahren HSS wird zunächst eine Schicht Polymerpulver auf eine beheizte Bauplattform aufgetragen und diese anschließend mit einer Tinte benetzt, die Infrarotstrahlung absorbiert. Wird das Polymerpulver Infrarotstrahlung ausgesetzt, verschmilzt es nur an denjenigen Stellen, die mit der Tinte bedeckt sind. An allen anderen Stellen bleibt das Pulver lose und nimmt eine stützende Funktion ein. Es müssen also keine Stützstrukturen gefertigt werden, wie das bei vielen anderen additiven Fertigungsverfahren nötig ist.

Die Bandbreite an Materialien, die sich für das HSS eignen ist im Vergleich mit anderen additiven Fertigungsverfahren hoch. Doch weltweit gibt es kaum Forschungseinrichtungen und Unternehmen, die über entsprechende Anlagen und das nötige Prozessverständnis verfügen. Auch Kompetenzen für die Qualifizierung von Materialien für das HSS oder deren Anpassung sind dünn gesät. Diese Wissenslücken schließt das »HSS Material Network«. Zu diesem Netzwerk haben sich im September 2021 die Fraunhofer-Projektgruppe Prozessinnovation, die zum Fraunhofer IPA gehört, der Lehrstuhl Umweltgerechte Produktion der Universität Bayreuth und der Hersteller für industrielle 3D-Drucksysteme voxeljet AG zusammengeschlossen.

Um das Portfolio an geprüften Materialien für das HSS und einhergehend damit das Know-how stetig zu vergrößern, sind interessierte Unternehmen willkommen, sich dem HSS Material Network anzuschließen.