Herstellung seriennaher Bauteile mittels dreidimensionalem Druckverfahren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann; Professor Dr.-Ing. Manfred H. Wagner
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 163148346

Ziel des beantragten Projekts ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von Bauteilen mit räumlich variablen Werkstoffeigenschaften, wie zum Beispiel Shorehärte und Elastizität. Derartige Gradientenwerkstoffe haben den Vorteil, dass funktionale Bauteile trotz verschiedener lokaler Eigenschaften aus nur einem Stück bestehen. Potenzial zur Herstellung derartiger grenzflächenfreier Eigenschaftsübergänge hat das dreidimensionale Drucken (3Dprinting, 3DP). Mit dieser Technologie und dem Einsatz von Werkstoffsystemen auf Basis von Polyurethanen kann eine Gradierung der Eigenschaften innerhalb eines Bauteils realisiert werden (3-dimensional gradient printing, 3DGP).Kunststoffbauteile, die lokal unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, jedoch aus nur einem einzigen Werkstoff bestehen, sind bisher mit generativen Fertigungsverfahren nicht herstellbar. Der Einsatz solcher generativer, d. h. aufbauender, Fertigungsverfahren zur Herstellung funktionaler Prototypen ist zum einen durch die verfahrensbedingte Einschränkung der Werkstoffspektren und zum anderen durch die erreichbaren Genauigkeiten begrenzt. Serienidentische Bauteile und Baugruppen sind zwar generell mit generativen Fertigungsverfahren herstellbar, jedoch durch erheblichen Aufwand bei der Nachbearbeitung vergleichsweise kostenintensiv in ihrer Herstellung.Mit konventionellen Fertigungsverfahren, wie zum Beispiel dem Mehrkomponentenspritzgießen, können Bauteile mit unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften hergestellt werden. Sie weisen jedoch durch die Verwendung verschiedener Materialien, mit denen die gewünschten Eigenschaften realisiert werden, einen diskreten Übergang an den Grenzflächen auf. Zum Einsatzbereich solcher Bauteile gehören beispielsweise Abdichtungen von Gehäusen (Hart- Weich-Verbund) sowie schmierungsfreie Gleitlagerungen in der Medizin- und Lebensmitteltechnik. Zur Verbesserung der Grenzflächenhaftung wurden bereits Verfahren wie die chemische Modifizierung und die Vorbehandlung mit Plasma entwickelt, jedoch können mit diesen Verfahren keine kontinuierlichen Übergänge der Eigenschaften oder grenzflächenfreie Werkstoffübergänge realisiert werden.Im Fokus des angeführten Projekts steht daher die Technologie des Rapid Prototyping (RP) bzw. Rapid Manufacturing (RM). Zunächst werden die mechanischen und thermischen Eigenschaften sowie weitere Materialcharakteristika untersucht und die relevanten Parameter für eine stabile Prozessführung ermittelt. Im Anschluss sollen erste Bauteile mit flächenhaft und räumlich ausgeprägten Eigenschaftsgradienten mittels der 3D-Drucktechnologie realisiert werden. Darüber hinaus werden Messverfahren zur Untersuchung von Eigenschaftsgradienten evaluiert. Anhand von Referenzteilen werden die Untersuchungsergebnisse bewertet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen