Forscher der TU Dresden haben ein magnetisches Elastomerfilament auf TPU-Basis für den 3D-Druck mit der Fused Filament Fabrication-3D-Drucktechnologie entwickelt. Dabei halfen ihnen ein Magnetfeld und ein spezieller Druckkopf. Wir stellen die Arbeit der Forscher vor.

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Forscher der TU Dresden haben mithilfe der FFF-3D-Drucktechnologie ein magnetisches Elastomerfilament auf TPU-Basis formuliert, wie die Dresdner Forscher in einem wissenschaftlichen Arbeit mit dem Titel „Field-structured magnetic elastomers based on thermoplastic polyurethane for fused filament fabrication“ berichten. Ein neuartiger Druckkopf und ein Magnetfeld halfen dem Team, magnetische Partikel in der thermoplastischen Elastomermatrix vorzustrukturieren und dem Filament nach dem Extrudieren magnetische Eigenschaften zu verleihen. 2017 haben wir einen Multimaterial-3D-Drucker für Legierungen, Elastomere und Harze vorgestellt.

„Intelligente“ Materialien

Druckkopf im Detail
Das Filament wurde mit dem neuartigen Druckkopf verwendet, das für die Struktur der Eisenadditive während des Extrusionsprozesses sorgt (Bild © Technische Universität Dresden).

Unter intelligentem Material versteht die Wissenschaft Materialien, die mit speziellen Eigenschaften nach ihrer Formulierung funktionalisiert wurden. Ein magnetorheologisches Elastomer fällt auch in diese Kategorie. Die Kombination der zusätzlichen Funktionalität eines MRE könnte mit der durch die kostengünstige FFF-Technologie ermöglichten Konstruktionsfreiheit viele mechanische Probleme lösen.

Es gibt anisotrop strukturierte MREs und isotrop strukturierte MREs. Bei anisotropen MREs wird das Magnetfeld vorstrukturiert. Aufbauten sind in der ausgehärteten Matrix eingeschlossen, wodurch Magnetismus nur in einer Ebene entsteht. Bei isotrop strukturierten MREs verteilen sich die Magnetpartikel zufällig in der Matrix.

Die Entstehung

Die Forscher wollen anisotrope MRE-Teile mit FFF herstellen. Das Material TPU Filaflex 82A von Recreus wurde mit Eisenpulverteilchen versehen, die größer als 10 Mikrometer waren. Das Größenminimum erlaubte den Forschern, die einzelnen Partikel mit Computertomographie bei der Untersuchung der Mikrostruktur zu verfolgen. Zuerst entstand ein unstrukturiertes Verbindungsfilament mit zufällig verteilten Eisenpulverpartikeln. Dieser wurde mit dem neuartigen Druckkopf verwendet, der für die Struktur der Eisenadditive während des Extrusionsprozesses sorgt.

Filament im CT
Durch das Größenminimum der Eisenpulverteilchen war es den Forschern möglich, diese mit der Computertomographie genauer zu verfolgen (Bild © Technische Universität Dresden).

Zwei Ringmagnete im Raum wurden direkt über dem Wärmeblock platziert, um das magnetische Material im Filament auszurichten. Der Druckkopf wurde in einen Ultimaker 2+ eingebaut, um so Proben mit dem neuen Filament zu drucken. Die Proben wiesen eine mikrostrukturelle Verteilung auf. Es zeigte sich, dass der neue Druckkopf die Additive im Filament erfolgreich strukturierte. Mit einer verfeinerten Methode sollen laut den Forschern Endanwendungsteile für die Medizintechnik und die weiche Robotik entstehen.

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