Forscher der Universität Paderborn entwickeln in dem von der EU geförderten Projekt „iAMnrw-Materials“ neue 3D-Druck-Materialien für das Lasersintern. Dazu wurde eine Laborhalle aufwendig umgebaut. Die Halle bietet der Universität auch nach Ablauf des Projekts die Möglichkeit, ihre Kompetenzen in der Additiven Fertigung weiter auszubauen.

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Forscher an der Universität Paderborn haben in einem auf drei Jahre angelegten Projekt an der Entwicklung neuer Kunststoffmaterialien in Pulverform für das Lasersintern gearbeitet. Wie die Uni Paderborn auf ihrer Website schreibt, ist die Planungs- und Bauzeit nach zwei Jahren fertiggestellt. Das Projekt „Industrial Manufacturing in North Rine Westphalia“ (iAMnrw-Materials) wird vom Europäische Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) mit einem Projektvolumen von rund 3,8 Millionen Euro unterstützt.

Entwicklung neuer Materialien für das Lasersintern

Für ihr Projekt statteten die Forscher ein zweistöckiges Labor mit Hochdruck-Tanks mit Kohlenstoffdioxid und Stickstoff, Filtertechnik-Anlagen und umfangreichen Lüftungssystemen aus. Es soll auch in Zukunft bei der Herstellung neuer Materialien für das Lasersintern helfen.

Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Schmid, Gesamt-Projektleiter und Inhaber des Lehrstuhls für Partikelverfahrenstechnik, erklärt:

„Für die Fertigung von Kunststoff-Bauteilen steht derzeit nur PA12, eine spezielle Nylon-Variante zur Verfügung. Wenn wir dringend nötige Materialien entwickeln wollen, müssen diese komplexen Anforderungen gerecht werden. Mit neuen Materialien können wir Eigenschaften wie Elastizität, Härte und Temperaturfestigkeit in den späteren Produkten entscheidend verbessern. Das würde eine ganze Reihe neuer Anwendungen ermöglichen.“

Neue Materialien für neue Anforderungen

Das Lasersintern ist eines der beliebtesten 3D-Druckverfahren beim industriellen 3D-Druck. Das belgische Unternehmen Materialise hat erst kürzlich mit „Bluesint PA12“ ein 100% recycelbares Kunststoffpulver für den 3D-Druck vorgestellt. Mit Ultrasint PA11, Ultrasint PA11 ESD, Ultrasint PA11 CF und PA11 MJF haben Sculpteo und Forward AM vier neue 3D-Druck-Materialien für das SLS-3D-Druckverfahren angekündigt. Die Schlagfestigkeit von Rizinusöl, aus dem die Materialien entstanden sind, erwies sich bereits bei Fahrradhelmen als sehr hilfreich. Auch zahlreiche andere Firmen sind bemüht, den Markt der 3D-Druck-Materialien regelmäßig um Neuheiten zu ergänzen.

Kryogene Vermahlung und ein neuartiger Sprühprozess

Verantwortlichen des Forschungsprojekts iAMnrw Materials
Im Forschungsprojekt iAMnrw Materials sind Wissenschaftler mit der Herstellung von Materialien für das Lasersintern beschäftigt (im Bild: die Verantwortlichen des Projekts) (Bild © Universität Paderborn, Kamil Glabica).

Die Forscher entschieden sich für zwei verschiedene Ansätze. Die „kryogene Vermahlung“ in Pulverform zu überführen ist eine davon. Dabei wird bei starker Unterkühlung mit flüssigem Stickstoff der Kunststoff zermahlen. Das kantige Pulver erfüllt die hohen Anforderungen des Lasersinterns und muss anschließend abgerundet werden.

Beim zweiten Ansatz setzt das Forscherteam auf einen neuartigen Sprühprozess. Überkritisches CO2 wird dabei in einem Extruder mit geschmolzenem Polymer vermischt und anschließend in einem Sprühturm verdüst. So entstehen runde Partikel in der geeigneten Größe.

Co-Projektleiter Prof Dr.-Ing. Volker Schöppner, Inhaber des Lehrstuhls für Kunststoffverarbeitung und Vizepräsident für Lehre, Studium und Qualitätsmanagement:

„Die Schwierigkeiten liegen einerseits in der schonenden Herstellung einer homogenen Mischung von CO2 und Polymer und andererseits in dem anschließenden Sprühprozess zur Herstellung der Kunststoffpulver mit den gewünschten Eigenschaften. Dies kann nur ist einer engen Zusammenarbeit von Kunststofftechnik und Verfahrenstechnik gelingen.“

Forschungsbereich „Additive Fertigung“ soll ausgebaut werden

Für die Universität Paderborn ist das Projekt ein entscheidender Schritt, um den Forschungsbereich Additive Fertigung weiter zu stärken. Hans-Joachim Schmid von der Universität Paderborn sagt dazu:

„Wenn wir mithilfe dieses Projekts nicht mehr auf die am Markt verfügbaren Materialien beschränkt sind, sondern selbst neue Materialien entwickeln können, wird uns ganz neue Möglichkeiten im Bereich der Forschung und Weiterentwicklung des Kunststoff-Lasersinterns eröffnen.“

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