Forscher der TH Köln haben einen neuartigen 3D-Druckkopf entwickelt, der in der Lage ist sich bei Problemen während des 3D-Druckprozesses selbst zu optimieren. Damit werden Qualitätsschwankungen oder gar fehlerhafte 3D-Druckobjekte vermieden. Der „IntelliExtruder“ entstand im Rahmen einer studentischen Arbeit und wird in diesem Beitrag vorgestellt.
Forscher der TH Köln haben einen sensorgestützten Druckkopf entwickelt, der den Fertigungsprozess überwacht und bei Bedarf korrigieren kann. Die üblichen auf dem Markt erhältlichen 3D-Druckanlagen haben oft nur eine rudimentäre Prozessüberwachung, wie etwa die Temperaturregelung des Heizelements, erklärt Tilmann Spitz vom Labor für Fertigungssysteme in einer Pressemitteilung. Er ergänzt, dass Qualitätsschwankungen beim Rohmaterial nicht ausgeglichen werden oder zu fehlerhaften Bauteilen führen. Unternehmen, die auf dieser Basis den 3D-Druck für die Serienfertigung nutzen möchten, müssten laut der Mitteilung einen höhen Ausschuss akzeptieren.
„IntelliExtruder“
Der intelligente Druckkopf kann die Eigenschaften des Filaments überwachen. Treten Abweichungen bei Parametern wie Förderwiderstand, Vorschubgeschwindigkeit oder Drahtquerschnitt auf, optimiert das System den Prozess automatisch oder stoppt bei schweren Fehlern die Produktion. Der Druckkopf kalibriert sich selbst und der Anwender muss dabei keine Einstellungen vornehmen.
Laborleiter Prof. Dr. Ulf Müller erklärt:
„Unser Druckkopf ist ein kostengünstiger Nachrüstsatz, der auf alle marktüblichen Industrieroboter installiert werden kann. So ist die additive Fertigung mit vorhandenen Maschinen möglich und es muss keine teure Komplettanlage beschafft werden.“
3D-Drucker, die mit herstellerunabhängigen Rohmaterialien arbeiten, ermöglichen ein Kostenersparnis. Das funktioniert aber was Temperatur und Querschnitt angeht nicht auf allen Fertigungsanlagen.
„Unser neu entwickelter Extruder passt den Prozess an die Spezifikationen des jeweiligen Filaments an. So können auch herstellerfremde Druckmaterialien in hoher Qualität verarbeitet werden“, so Spitz.
Beweis für die Machbarkeit
Der Druckkopf der TH Köln entstand im Rahmen eines Forschungsprojekts durch studentische Arbeiten. Die erste Version war das Ergebnis des 2018 entstandenen Plans, einen „IntelliExtruder“ zu entwickeln. Die Forscher demonstrierten damit die Machbarkeit der Idee.
„Auf dieser Grundlage haben Studierende des Labors in insgesamt sieben Bachelor- und drei Masterarbeiten den mechanischen Aufbau, die Programmierung und die Algorithmen optimiert, sodass wir heute über ein System verfügen, das nahe an der Marktreife ist“, sagt Müller.
Das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie hat das Forschungsprojekt „IntelliExtruder – 3D-Druckkopf mit automatischer Kalibrierung und Anpassung“ gefördert. Auf der formnext 2019 stellte dp polar mit AMpolar® i2 einen 3D-Drucker mit rotierendem Drucktisch zur industriellen Serienfertigung vor. Über die weitere Entwicklung in diesem Bereich berichten wir auch zukünftig im 3D-grenzenlos Magazin (Newsletter abonnieren).