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Beschreibung
Die Elektrofotographie wird nun auch für den 3D-Druck genutzt. Dazu entwickelte ein Forscherteam der TH Köln mit mz Toner Technologies ein neues 3D-Druckverfahren, das auf der Basis der Elektrofotographie funktioniert. Bisher wird diese Technologie von herkömmlichen Druckern bzw. Kopierern genutzt. Dabei wird eine Fototrommel innerhalb des Druckers vollständig elektronisch aufgeladen. Der Laserstrahl bildet dann das zu druckende Motiv auf dieser Trommel ab. Dazu löscht er selektiv elektrische Ladungen. Wo Ladung auf der Trommel übriggeblieben ist, haftet der Farbstoff. Dieser wird sodann auf das Papier übertragen und erzeugt so das fertige Bild.
Das Verfahren im Detail
Auf diesem Verfahren baut die Elektrofotographie in der additiven Fertigung auf. Dabei wird das zu fertigende Bauteil zuerst mit Hilfe einer Software in mehrere hauchdünne Schichten „geschnitten“. Anstelle des Farbstoffs nutzt man Polymerpartikel, also Kunststoffe. Es können bis zu zehn wenige Millimeter dicke Schichten übereinander auf die Trägerfolie gedruckt und dann durch eine Walze vorverfestigt werden. Für den vollständigen Druck des Bauteils werden in einem zweiten Prozessschritt mehrere dieser vorher gedruckten Schichtpakete unter Zuhilfenahme einer Heizpresse miteinander verbunden.
Materialvielfalt in der Elektrofotographie
Es ist denkbar, dass mit Hilfe der Elektrofotographie nicht nur Kunststoffe, sondern auch Metalle und Keramik verarbeitet werden können.
Mögliche Einsatzgebiete
Die mit Hilfe der Elektrofotographie gefertigten Teile sollen unter anderem in der Raumfahrt zum Einsatz kommen. Kunststoffe wiegen recht wenig und sind mechanisch belastbar. Der 3D-Druck vor Ort hat in der Raumfahrt einige Vorteile: Es müssen nicht alle bei einer Expedition notwendigen Ersatzteile mitgeführt werden. Sie lassen sich bei Bedarf vor Ort anfertigen. Die Wissenschaftler der TH Köln stehen im Austausch mit der European Space Agency (ESA).
Alternative zum Spritzgussverfahren
Es ist auch denkbar, dass die additive Fertigung mit der Elektrofotographie eine Alternative zum herkömmlichen Spritzgussverfahren darstellen kann. Für diesen werden teure Formen benötigt, sodass sich die Fertigung erst ab einer bestimmten Stückzahl lohnt. Für das elektrofotographische Verfahren hingegen werden keine Formen benötigt, hohe Stückzahlen sind problemlos produzierter.
Weitere mögliche Anwendungsbereiche
Durch den Einsatz von Metallen und Keramik sind natürlich auch weitere Anwendungsbereiche möglich. Dazu gehören der Haushalts- sowie der Elektrogerätemarkt, bei dem bis jetzt für die Fertigung der Geräte und auch einzelner Bauteile hauptsächlich auf die Spritzgusstechnik gesetzt wird.
Vor- und Nachteile der Elektrofotographie im 3D-Druck
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
| Keine teuren Formen notwendig | Noch in der Forschungsphase |
| Hohe Stückzahlen möglich | Materialvielfalt noch eingeschränkt |
| Geringeres Gewicht der Bauteile (ideal für Raumfahrt) | Komplexere Geometrien können schwieriger sein |
| Flexibilität in der Produktion (Ersatzteile vor Ort) | Energieverbrauch und Umweltbelastung noch unklar |
Ausblick und zukünftige Entwicklungen
In der Zukunft könnten neuere Verfahren und Technologien die Elektrofotographie im 3D-Druck weiterentwickeln oder ablösen. Die Forschung in diesem Bereich ist kontinuierlich im Gange, und es ist möglich, dass Materialvielfalt, Druckgeschwindigkeit und Präzision in den kommenden Jahren noch weiter verbessert werden. Dabei könnten auch neue Materialien oder Verfahren entstehen, die den 3D-Druck mittels Elektrofotographie noch effizienter und umweltfreundlicher gestalten.
Ein Beispiel für ein solches Verfahren ist die Multi Jet Fusion (MJF) Technologie von HP, die ebenfalls auf der Basis von Pulvermaterialien arbeitet und durch schnelle Aushärtung und hohe Präzision überzeugt. Allerdings sind die Verfahren noch nicht direkt miteinander vergleichbar, da sie unterschiedliche Materialien und Techniken verwenden. Es bleibt abzuwarten, welche Technologie sich langfristig als Standard in der additiven Fertigung durchsetzen wird.