Eine Düse, ein Drucker, die Start-up Challenge

Durch eine neue Verschlussdüse sollen Schäume mit geringer Dichte nun auch im 3D-Drucker verarbeitbar sein. Die Düse wurde im Zentrum für Additive Produktion (ZAP) am Fraunhofer IPA entwickelt und ist auf der Formnext zu sehen. Das Problem bisher war, dass bei Schäumen mit einer minimalen Dichte von 80kg/m³, in Verfahren der Materialextrusion auch bei Fahrten ohne Materialaustrag flüssiges Material aus der Düse floss.

Die Verschlussdüse des Fraunhofer IPA hingegen unterbricht den Materialfluss an vorgegebenen Stellen automatisch. Der Extrudermotor befördert das Filament zur Düse, die durch einen Federmechanismus verschlossen ist. Kurz oberhalb der Düse passiert das Filament ein Heizelement. Der Kunststoff schmilzt, wird flüssig und sammelt sich in einem Hohlraum innerhalb der Düse. Ab einem gewissen Innendruck drückt die Schmelze eine Hohlnadel, durch die das Filament zuvor selbst befördert wurde, und somit die Feder nach oben. Die Düse öffnet sich und der Kunststoff fließt aus ihr. Gestoppt wird der Materialfluss, indem die Fördereinheit kein Material mehr in Richtung Heizelement befördert. „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“, erklärt Jonas Fischer vom ZAP.

Arburg hat den Freeformer vergrößert. Der Bauraum des 750-3X misst 330 mm × 230 mm × 230 mm. Die verbesserten Massedruckerzeuger zum Dosieren und Einspritzen werden mit Servomotoren von AMK Motion bewegt . Mit ihnen können die drei Austragseinheiten enger und kompakter zueinander angeordnet werden. Weiterentwickelten Softwarefeatures der Steuerung erhöhren die Druckgeschwindigkeit erheblich, wodurch beispieslweise gitterförmige Stützstrukturen bis zu 55 % schneller gedruckt werden können als bei „herkömmlichem“ Aufbau. Zu sehen ist der 3D-Drucker auf der Formnext 2022.

Ebenfalls auf der Formnext stellt Arburg den Freeformer 200-3X vor. Er eignet sich für das Drucken mit Weichmaterialien wie TPE in einer großen Shorehärten-Bandbreite. Die Materialtrocknung, die bei der Verarbeitung von Weichmaterialien notwendig ist, ist dazu in die Maschine integriert und über die Steuerung programmierbar. Auch auf dem Messestand vertreten ist die Arburg-Tochter Innovatiq. Ihre Maschinen arbeiten mit Filament oder flüssigem Silikon.

Bereits zum achten Mal hat die Formnext die Start-up Challenge veranstaltet. Die Sieger, die sich im Rahmen der Formnext 2022 der AM-Welt präsentieren werden, sind Photosynthetic (Niederlande), Lattice Medical (Frankreich), Rivelin Robotics (GB), Spherecube (Italien) und Alpha Powders (Polen). Die Gewinner werden sich auf ihren Messeständen sowie im Rahmen des Pitchnext am Dienstag, 15.11.2022 auf der Formnext präsentieren.

Das in Warschau ansässige Start-up Alpha Powders (Stand 12.0-B81G) hat eine Technik zur Abrundung, Sphäroidisierung und bedarfsgerechten Modifizierung von Polymerpulver entwickelt und patentiert. Derzeit konzentriert sich das Unternehmen auf die Entwicklung eines kompakten Geräts, das auf F&E-Labors zugeschnitten ist, die an neuen SLS-Pulvern arbeiten. Der Prototyp wurde, laut Angaben den Formnext, mit vielen Materialien getestet, darunter Polyamide, TPU oder Polyolefin-Pulver. Er hat bewiesen, dass er zuverlässig kugelförmige SLS-Pulver in einem Trockenverfahren herstellt.

Lattice Medical (Stand 12.0-B81B) ist ein biomedizinisches Start-up. Das französische Unternehmen hat gemeinsam mit dem CHU Lille-France eine patentierte 3D-Technik entwickelt, die die natürliche Regeneration von Fettgewebe ermöglicht und zum Beispiel bei den Eingriffen für Brustimplantate zu enormen Verbesserungen führt. Die Mat(t)isse Bioprothese besteht aus 3D-gedruckten Biomaterialien, ist vollständig abbaubar und wird an die individuelle Morphologie der Patientinnen angepasst. Dadurch sollen sich die Brüste nach einer gewissen Zeit vollständig aus dem Gewebe der Patientin rekonstruieren und keine Fremdkörper in verbleiben. 

Photosynthetic (Stand 12.0-B81H) hat sich auf den schnellen und kostengünstigen Mikro-3D-Druck spezialisiert. Üblicherweise werden 3D-Mikrostrukturen mit konventionellen Methoden wie Zwei-Photonen-Lithographie (TPL), Stereolithographie (SLA) und optischer Graustufenlithographie (OGL) hergestellt. Das patentierte Verfahren des niederländischen Start-ups basiert auf einem optischen Hardwaresystem, Harzen auf Basis der Ein-Photonen-Polymerisation und Computeralgorithmen zur Steuerung des Druckvorgangs. Der neue Mikro-3D-Drucker von Photosynthetic ermöglicht eine schnelle Mikrofabrikation (50 mm³/h) im hochauflösenden Modus (<1 µ).

Mit der Entwicklung der NetShape-Roboter will das britische Start-up Rivelin Robotics (Stand 12.0-B41) eine Lösung für die schnelle Nachbearbeitung von additiv gefertigten Metallteilen und Komponenten schaffen. Denn bei vielen Metall-AM-Anwendungen macht die Nachbearbeitung mehr als 30 % der Stückkosten pro Teil aus. Mit seinem NetShape-Roboter bietet das Unternehmen eine automatisierte Lösung für die Entfernung von Metallstützstrukturen und die gezielte Nachbearbeitung. Der NetShape-Roboter verfügt über eine eigens entwickelte Steuerungssoftware, die sowohl maschinelles Lernen als auch die traditionelle deterministische Steuerungstheorie nutzt. Mit dem Roboter verspricht Rivelin eine 90-%ige Fehlerreduzierung und eine Senkung der Betriebskosten um das 10-fache.

Spherecube (Stand 12.0-B81A) hat einen 3D-Drucker entwickelt, der Verbundwerkstoffe auf Polymerbasis beziehunsgweise einer duroplastischen Matrix mit Endlosfaser-Verstärkung verarbeitet. Damit soll eine automatische Herstellung von Produkten aus Hochleistungs-Verbundwerkstoffen ohne geometrische Einschränkungen möglich sein. Das Verfahren des italienischen Start-ups unterscheidet sich laut eigener Angabe von den derzeit verfügbaren Verfahren durch das Aushärten des Kunststoffs mit einer Wärmequelle, was die Benetzung und Bindung von Faserverstärkungen und Matrix sowie der verschiedenen 3D-gedruckten Schichten verbessert.