Forscher des Fraunhofer IPA haben eine Verschlussdüse entwickelt, mit der der 3D-Druck von dünnflüssigen oder aufschäumbaren Materialien im FFF- oder FLM-Verfahren möglich sein soll. Bisher war der Druck dieser Materialien nur mit mühevoller Nachbearbeitung verbunden. Die Düse macht damit Hartschaum-Bauteile per FFF- und FLM-3D-Druck möglich. Ein Prototyp wird auf der kommenden Formnext 2022 vorgestellt werden.

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Forscher am Fraunhofer IPA haben in einer Pressemitteilung, die das 3D-grenzenlos Magazin erreicht hat, eine Verschlussdüse vorgestellt, die das Problem behandelt, Schäume mit geringer Dichte bei additiven Produktionsverfahren in hoher Qualität einzusetzen. Mit der neu entwickelten 3D-Drucker-Düse des Fraunhofer IPA Düse soll es möglich sein, Bauteile von zuvor unerreichter Qualität additiv herzustellen.

3D-Druck dünnflüssiger oder aufschäumbarer Kunststoffe

» Ratgeber: Was ist das FFF-/FLM-/FDM-3D-Druckverfahren?

Verschlussdüse an einem 3D-Drucker
Die Verschlussdüse für den 3D-Drucker wird auf der kommenden Formnext 2022 präsentiert (im Bild: Prototyp der Düse)(Bild © Fraunhofer IPA).

Wer das Fused Layer Modelling (FLM) oder die Fused Filament Fabrication (FFF) für den 3D-Druck dünnflüssiger oder aufschäumbarer Kunststoffe mit einer minimalen Dichte von 80kg/m3 einsetzen möchte, musste sich bisher mit dem Problem auseinandersetzen, dass bei Düsenbewegungen ohne Materialaustrag ungewollt flüssiges Material aus der Düse ausfließen konnte. Das hatte Bauteile zur Folge, die qualitativ nicht überzeugen konnten und von Hand nachbearbeitet werden mussten. Zudem war der Materialverbrauch während des Drucks höher als nötig.

Materialfluss wird an gewünschter Stelle automatisch unterbrochen

Forscher des Zentrums für Additive Produktion (ZAP) am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA haben eine Verschlussdüse entwickelt, die den Materialfluss an der vorgegebenen Stelle automatisch unterbricht. Das Filament aus Kunststoff wird durch den Extrudermotor zur Düse befördert, die durch einen Federmechanismus verschlossen ist. Knapp oberhalb der Düse passiert das Filament ein Heizelement, wo der Kunststoff schmilzt, flüssig wird und sich im Hohlraum innerhalb der Düse ansammelt. Wenn ein gewisser Innendruck erreicht wurde, drückt die Schmelze eine Hohlnadel, durch die das Filament zuvor befördert wurde, und die Feder nach oben. Die Düse öffnet sich und der Kunststoff fließt aus ihr.

Mit dieser Düse lassen sich künftig Hartschaum-Bauteile im FFF- oder FLM-Verfahren in 3D drucken. Der Materialfluss stoppt, indem die Fördereinheit kein Material mehr in Richtung Heizelement befördert.

Jonas Fischer vom ZAP, der maßgeblich an der Entwicklung der zum Patent angemeldeten Verschlussdüse beteiligt war, sagt:

„Der restliche aufgeschmolzene Kunststoff in der Düse wird noch verdruckt. Der Hohlraum entleert sich, der Druck nimmt ab, die Feder schiebt die Hohlnadel wieder nach unten und verschließt so die Öffnung der Düse.“

Einsatzmöglichkeiten

Bis jetzt haben die Forscher ausschließlich mit Schäumen mit sehr geringer Dichte gearbeitet, die vom Fraunhofer ICT entwickelt wurden. Diese Schäume könnten künftig in Unterkonstruktionen für Sitzmöbel, Isolierungen, Verpackungen oder Leichtbaustrukturen additiv gefertigt werden. Sie eignet sich laut den Entwicklern auch für dünnflüssige Kunststoffe wie Polyamid geeignet. Erste Testdrucke sollen folgen.

Das Forscherteam wird auf der Formnext 2022 in Frankfurt am Main in Halle 11.0, Stand D51 vorstellen. Über alle weiteren 3D-Druck-Neuheiten auf der Formnext berichten wir aktuell und kostenlos im 3D-grenzenlos Magazin (zum Newsletter anmelden).

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