Wissenschaftler der Technischen Hochschule Nürnberg haben im Rahmen des Forschungsprojekts „Innovatives Extruderkonzept für schnelle und effiziente Additive Produktion“ einen neuartigen 3D-Druckkopf entwickelt, der es möglich macht, Kunststoffbahnen mit unterschiedlicher Breite in einem Prozessschritt zu drucken. Daraus ergeben sich zahlreiche Vorteile für die Flexibilität und Geschwindigkeit beim 3D-Druckprozess.

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In seinem Forschungsprojekt „Innovatives Extruderkonzept für schnelle und effiziente Additive Produktion“ (IvExAP) (PDF, 526 KB; öffnet in einem neuen Fenster) hat Koch einen Weg gefunden, mit einem 3D-Drucker variable Bahnen aufzubringen. Den einsetzbaren Prototypen entwickelte er im Institut für Chemie, Material- und Produktentwicklung der TH Nürnberg, wie die bayerische Hochschule in einer Pressemitteilung erklärt. Koch war 2017 auch an der Entwicklung eines kostengünstigen modularen 3D-Druckers für die Industrie beteiligt.

Details zum neuen Druckkopf

Druckkopf für unterschiedliche Bahnbreiten
Der 3D-Druckkopf soll es ermöglichen, unterschiedliche Bahndicken aus Kunststoff zu drucken (Bild © TH Nürnberg).

Bei der Schmelzschichtung handelt es sich um die gängigste Methode in der additiven Fertigung. Der 3D-Drucker baut das Werkstück schichtweise aus dem schmelzfähigen Kunststoff auf. Der Extruder erhitzt den Kunststoff und trägt ihn in rechtwinkligen Bahnen auf das Werkstück auf. Die Schichten verbinden sich und das Material härtet rasch aus.

Feine Düsen mit einer Düsenbohrung von 0,1 bis 0,4 mm brauchen eine längere Druckzeit, können dafür aber kleinste Details darstellen. Mit hoher Druckgeschwindigkeit wird bei groben Düsen gearbeitet, die einen Durchmesser von 0,5 bis hin zu 2 mm haben. Dabei gehen jedoch Details verloren. Eine Düse, die einen unterschiedlich dicken Kunststofffaden extrudieren kann, sei laut Koch die Lösung. Mit seinem Team forscht er an Möglichkeiten, einen Kunststofffaden bzw. -strang mit unterschiedlichen Durchmessern im Bereich von 0,2 bis hin zu einem Millimeter zu erzeugen.

Koch und sein Team versuchen es mit einer ovalen und einer rechteckigen Düsenöffnung. Das Langloch ist einfach im Aufbau, funktioniert mit den gängigen Extrudern und ist so im Einsatz stabil. Der komplette Extruder oder zumindest die Düse muss drehbar sein. Abhängig von der Winkeleinstellung wird die schmale oder die breite Seite oder eine Zwischenposition gedruckt. Das bringt die erwünschten unterschiedlich dicken Kunststoffbahnen bei konstanter Geschwindigkeit. Große Flächen und kleine Details sind in einem Arbeitsschritt möglich, ohne den 3D-Drucker zu unterbrechen. Das 3D-Druckverfahren wird so deutlich effizienter und schneller.

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