TH Köln: Deutsche Wissenschaftler entwickeln mehrachsigen 3D-Drucker für stützfreien 3D-Druck und bis zu 80 % schnellerer Fertigungszeit

Die Technische Hochschule Köln hat gemeinsam mit einem lokalen Unternehmen ein Konzept für einen mehrachsigen 3D-Drucker entwickelt, der sowohl fast ohne Stützstrukturen drucken kann als auch bis zu 80 Prozent der Fertigungszeit einspart. Ein Prototyp soll noch in diesem Monat vorgestellt werden.

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Im Rahmen eines Forschungsprojekts zum mehrachsigen 3D-Druck haben die Technische Hochschule Köln (TH Köln, Nordrhein-Westfalen) und die GRIP GmbH Handhabungstechnik mit einem neuen Verfahren die Limitierungen im 3D-Druck reduziert. Auf dem Innovationstag Mittelstand des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie am 18. Mai 2017 in Berlin an Stand D24 stellt die Hochschule und das Unternehmen gemeinsam einen Prototypen vor. Laut dem Konzept des Forschungsprojekts „Mehrachsiger 3D-Druck“ kann der mehrachsige 3D-Druck bis zu 80 Prozent Fertigungszeit einsparen und erhöht die Festigkeit einer 3D-gedruckten Komponente um bis zu 28 Prozent.

Gelenkarmroboter mit 6 Achsen

Gelenkroboter als 3D-Drucker
Das Werkstück wird von einem Gelenkarmroboter mit sechs Achsen geführt. ​(Bild © Labor für Fertigungssysteme/TH Köln)

Wie  Prof. Dr. Ulf Müller, Leiter des Labors für Fertigungssysteme der TH Köln, unter th-koeln.de erklärte, wurde auf einen mehrachsigen Druckvorgang gesetzt und neue Fertigungsstrategien entwickelt. Der dreiachsige 3D-Druck fixiert das Werkstück, bei dem der Druckkopf aufgeschmolzenen Kunststoff schichtweise von unten nach oben aufträgt. Das neue Verfahren verwendet hingegen einen Gelenkarmroboter mit sechs Achsen. Der Druckkopf kann die eigene Position auf eine weitere Achse editieren. Das Material wird immer dort hinzugefügt, wo es der Fertigungsstrategie entsprechend am sinnvollsten ist. Das Objekt sei dadurch so gestaltbar, dass Überhänge vom Werkstück selbst gestützt werden. Auf Stützstrukturen kann bei diesem Verfahren zum Großteil verzichtet werden und in Tests führte diese Methode zu einer Zeitersparnis von bis zu 80 Prozent.

Dank der neuen Flexibilität können die Kunststoffbahnen genau nach den späteren Belastungsrichtungen und den daraus ergebenden bauteilinternen Spannungen ausgerichtet werden. Stark belastete Bauteile lassen sich durch mehrere um 90 Grad versetzte Schichten verstärken, wenn das Objekt mal gebogen oder gedreht werden sollte. Die Festigkeit konnte in Experimenten um 28 Prozent gesteigert werden.

In einer Studie hat ein Forscherteam erst kürzlich ein 3D-Druckverfahren vorgestellt, welches Stützstrukturen mit elektrochemischen Substanzen auflöst. Züricher Studenten der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) haben ein sechachsiges 3D-Druckverfahren entwickelt mit dem 3D-Objekte ohne Stützstrukturen hergestellt werden können.

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