Leichtgewichtige Bauteile nehmen im 3D-Druck eine wichtige Rolle ein. Das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT hat in einer neuen Studie extrem leichte Schaumbauteile vorgestellt, die mithilfe des 3D-Drucks hergestellt wurden. Die neu entwickelten Thermoplastschäume haben lediglich etwa 5 % der Dichte des Vollmaterials, was sie zu einer attraktiven Option für zahlreiche Anwendungen macht.
Das Besondere an diesem Fortschritt ist das Verfahren, das dahintersteckt. Die Forschenden des Fraunhofer ICT haben thermoplastische Filamente mit Treibmittel versetzt. Das Resultat sind Bauteildichten von bis zu 52 kg/cm3 auf handelsüblichen 3D-Druckern. Dies entspricht nur 5 % der Dichte von Vollmaterial und stellt eine zehnfache Steigerung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik dar. Die Wissenschaftler demonstrierten das Verfahren mit unterschiedlichen Materialien wie dem biobasierten Kunststoff PLA, dem teilweise biobasierten Cellulose-Propionat (CP) und dem erdölbasierten Polystyrol (PS). Je nach Druckparameter, wie beispielsweise Temperatur oder Vorschub, kann die Dichte des Schaums gezielt angepasst werden.
Für den eigentlichen 3D-Druckprozess kam eine besondere Technologie zum Einsatz. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA hat eine spezielle Verschlussdüse entwickelt. Diese Düse unterbricht den Materialausfluss bei Fahrten ohne Materialaustrag automatisch, was den 3D-Druck von Schaumstrukturen optimiert. Dank dieser Technologie lassen sich auch Sandwichstrukturen realisieren, bei denen das Vollmaterial außen liegt und der Kern geschäumt ist.
Diese additive Fertigung von leichten Schaumteilen öffnet Türen für diverse Branchen. Vorstellbare Anwendungen könnten in der Fahrzeug-, Flugzeug- und Schiffbauindustrie sowie im Sondermaschinenbau gefunden werden. Die potenzielle Bandbreite dieser Technologie im 3D-Druck zeigt erneut die Vielseitigkeit und den Nutzen additiver Fertigungsverfahren.