Additive Fertigungsverfahren

Beim Material Jetting werden reaktive Tinten tropfenweise aufgetragen und ausgehärtet. Mehrere Druckköpfe ermöglichen die Verarbeitung verschiedener Materialien, sodass komplexe Multimaterial-Bauteile, z.B. hart, weich oder farbig, mit graduierten Übergängen entstehen. Das Verfahren war lange durch die begrenzte Materialpalette und Druckkopf-Technologien eingeschränkt und wurde für Anschauungsmodelle und fotorealistische Prototypen genutzt. Unsere Forschung konzentriert sich auf neue Druckkopf-Technologien, die Qualifizierung funktionaler Polymere und leitfähiger Systeme sowie die Optimierung der Prozessführung, um neue industrielle Anwendungen zu erschließen.

Die Binderjetting-Technologie wird bereits seit vielen Jahren erfolgreich für die Herstellung von farbigen Anschauungsmodellen, Sandgießkernen sowie Grünkörpern aus Metall und Kunststoff eingesetzt. Über diese etablierten Anwendungsfelder hinaus, entwickeln wir das Verfahren weiter, so dass verschiedene Naturmaterialien mit komplexen Verarbeitungseigenschaften zu nachhaltigen Produkten verarbeitet werden können. Damit kann die Fertigung der Zukunft nicht nur flexibler, sondern auch nachhaltiger werden.

Bei den Stereolithographieverfahren wird ein flüssiges Photopolymer Schicht für Schicht selektiv ausgehärtet. Das Verfahren bietet höchste Auflösung und hohe Oberflächengüte. Unser Schwerpunkt liegt auf der Qualifizierung neuer Harzsysteme, der Prozessoptimierung – etwa im Bereich Medizintechnik mit Fokus auf zytotoxikologisch geprüfte und zertifizierbare Bauteile – sowie auf der Übertragung in die industrielle Serienfertigung.

Das High Speed Sintering (HSS) ermöglicht die industrielle Fertigung von Bauteilen aus Kunststoff mit hochkomplexen Geometrien bei gleichzeitig hoher Qualität und Wirtschaftlichkeit. Neben der hohen Reproduzierbarkeit und der Verarbeitung einer großen Bandbreite an Kunststoffen bildet besonders die Skalierbarkeit des HSS-Prozesses enorme Potentiale für die industrielle Anwendung. Für unsere Forschung am IPA kommt eine VX200 HSS von voxeljet zum Einsatz.

Das additive Fertigungsverfahren Selective Absorption Fusion (SAF) basiert auf dem gleichen Verfahrensprinzip (PBF/IR-P) wie das HSS. Entsprechend verfügt es über die gleichen Potenziale hinsichtlich Produktivität, Reproduzierbarkeit, Materialvielfalt und industrieller Skalierbarkeit. Für unsere Forschung am IPA nutzen wir eine H350 von Stratasys.

Das selektive Lasersintern (PBF/LB-P) ist ein in der Industrie etabliertes Fertigungsverfahren zur Herstellung komplexer Bauteile aus Kunststoff. Das IPA forscht daran neue Materialien verarbeiten zu können, die Materialkreisläufe zu schließen, die Produktivität zu steigern, die Reproduzierbarkeit und Prozessstabilität zu erhöhen und somit neue Anwendungsfelder in Industrie, Medizintechnik und Luftfahrt erschließen zu können. Für unsere Forschung greifen wir auf vier PBF/LB-P Anlagen zurück: EOS P396 und Formiga P100, Sintratec Kit S1, Farsoon Flight HT403P-H-2.

Die Filament-basierte Additive Fertigung (FFF, FLM) bietet die Möglichkeit, auf eine breite Materialpalette zurückzugreifen und Multi-Material Bauteile herzustellen. Das Fraunhofer IPA fokussiert seine Forschung auf der Verarbeitung neuer Kunststoffe, der Entwicklung innovativer Systemkomponenten wie Extrudern und Düsen und der Entwiclung von Sonderverfahren wie dem Schaum-3D-Druck. Für unsere Forschung am IPA setzen wir unterschiedlichste Anlagen ein – vom kompakten Desktopgerät und Eigenbauten bis hin zur großvolumigen Produktionsanlage.

Die Granulat-basierte Direktextrusion (FGF) bietet die Möglichkeit, Standardgranulate zu verarbeiten und kann genutzt werden, um klein- und großformatige Bauteile herzustellen. Das IPA befasst sich in diesem Themenfeld mit der Untersuchung des Extrusionsprozesses und der prozessstabilen Herstellung von Bauteilen aus klassischen und bio-basierten Kunststoffen. Für unsere Forschung am Fraunhofer IPA kommen ein Mikroextruder (Materialaustrag bis zu 200 g/h) und ein Großextruder (Materialaustrag bis zu 18 kg/h) zum Einsatz.

Das ARBURG Kunststoff Freiformen (AKF) erlaubt die Verarbeitung von nahezu jedem Kunststoffgranulat und bietet die Möglichkeit, Bauteile mit spritzgussnahen Eigenschaften additiv herzustellen. Für unsere Forschung am Fraunhofer IPA wird ein freeformer 300 2K mit zwei Austragseinheiten eingesetzt.

Die Fluid Material Extrusion (Fluid-MEX) ermöglicht die Verarbeitung einer Vielzahl von nieder- bis hochviskosen Materialien. Dazu zählen unter anderem LSR (Liquid Silicone Rubber), RTV (Room Temperature Vulcanizing)-Silikone, Polyurethane, Kautschuke sowie Metall- und Keramikpasten. Für unsere Forschung am IPA nutzen wir eine S300X – LIQ21 | LIQ11 von Lynxter sowie eigengebaute Versuchsstände.

Das im industriellen Umfeld etablierte Laserstrahlschmelzen (LBM) ermöglicht die Herstellung hochkomplexer Metallbauteile durch selektives Verschmelzen von Metallpulver mit einem Laser. Es erlaubt die Fertigung präziser Bauteile aus einer großen Bandbreite an Legierungen mit hoher Maßhaltigkeit und Dichte. Für unsere Forschung am IPA stehen drei offene Anlagen zur Verfügung.