Die Technische Hochschule Köln und das Unternehmen mz Toner Technologies GmbH entwickeln gemeinsam ein neuartiges Verfahren für den 3D-Druck im Weltall. Dabei setzen die Forscher auf das sonst im 2D-Druck eingesetzte Elektrofotografie-Verfahren. Das neu entwickelte 3D-Druckverfahren könnte außerdem eine Alternative für das Spritzgussverfahren darstellen.

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Ein Team von Forschern der TH Köln entwickelte gemeinsam mit dem Unternehmen mz Toner Technologies ein 3D-Druckverfahren auf Basis von Elektrofotografie. Damit möglich wäre der 3D-Druck im Weltraum oder der Einsatz des Verfahrens als Alternative für das Spritzgussverfahren, wie die TH Köln in einer Pressemitteilung erklärt. Die chinesische Akademie für Weltraumtechnologie (CASC) hat im Vorjahr den 3D-Druck in der Schwerelosigkeit bereits erfolgreich getestet.

Details zum 3D-Druckverfahren

Drucker funktionieren meist mit Elektrofotografie, bei der die Fototrommel innerhalb des Druckers komplett elektrisch aufgeladen wird. Anschließend wird das zu druckende Motiv vom Laserstrahl auf der Trommel abgebildet und löscht selektiv elektrische Ladungen. Dort wo Ladungen übrig sind, haftet ein Farbstoff auf der Trommel, der auf das Papier übertragen wird und am Ende das Bild erzeugt.

Beispiel Laserdrucker beim Drucken von Zahnradlayern
Beispiel eines Laserdruckers beim Drucken von Zahnradlayern (Bild © mz Toner Technologies).

Prof. Dr. Danka Katrakova-Krüger leitet ein Forscherteam im Labor für Werkstoffe am Institut für Allgemeinen Maschinenbau der TH Köln, das ein elektrografisches 3D-Druckverfahren entwickelte, welches darauf aufbaut. Das zu fertigende Bauteil wird erst mit einer Software in mehrere hauchdünne Schichten „geschnitten“. Statt des Farbstoffs werden Polymerpartikel eingesetzt. Bis zu zehn wenige Mikrometer dünne Schichten können so übereinander auf eine Trägerfolie gedruckt und durch eine Walze vor verfestigt werden.

Im nächsten Schritt werden die gedruckten Schichtpakete mit einer Heizpresse verbunden und das gewünschte Bauteil entsteht. Den Prototypen des 3D-Druckers entwickelt der Kooperationspartner mz Toner Technologies.

Einsatzmöglichkeiten

3D-Drucker im Weltraum bieten viele Vorteile. Ersatzteile müssen nicht schon vor dem Start in den Weltraum eingeplant werden, sondern können bei Bedarf unterwegs gedruckt werden. Auch unerwartet benötigte Dinge könnten mit dem 3D-Drucker entstehen. Das spart insgesamt Platz, Gewicht und Zeit. Kunststoffe wiegen wenig und sind mechanisch belastbar. Sie sind ideal für den Einsatz in der Raumfahrt. Das elektrografische Verfahren so umzusetzen, dass es trotz fehlender Schwerkraft eingesetzt werden kann, ist jedoch eine besondere Herausforderung.

Neben dem Einsatz für den Weltraum könnte das neue 3D-Druckverfahren auch eine Alternative zum Spritzgussverfahren darstellen. Es werden keine Formen benötigt und trotzdem ist bei diesem Verfahren eine hohe Stückzahl möglich.

Katrakova-Krüger erklärt:

„Der 3D-Druck mit Elektrofotografie ist für alle Werkstoffgruppen wie Kunststoffe, Metalle und Keramik geeignet, spart Gewicht, hat eine erhöhte Geschwindigkeit und bietet eine enorme Gestaltungsfreiheit wie den großzügigeren Umgang mit Farben.“

Andere Werkstoffe bringen weitere Einsatzmöglichkeiten wie den Haushalts- und Elektrogerätemarkt. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Förderprogramms „Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand“ unterstützt das Projekt. Die Forscher stehen außerdem im Austausch mit der European Space Agency (ESA). In unserer Kategorie Weltraum-3D-Drucker haben wir weitere News zu diesem Thema zusammengefasst.

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