Bisher kamen 3D-Druck-Verfahren, bei denen das Bauteil durch schichtweises Aushärten mit photolithographischer Belichtung in einem flüssigen Harz entsteht, nicht ohne Stützstrukturen aus, weil die oft filigranen Kunststoffbauwerke sonst in sich zusammenfallen würden. „Anwender stören sich an diesen verfahrensbedingten Stützen, denn zusätzliche Vorbereitung im CAD und die aufwändige Nachbereitung verzögern den Fertigungsprozess“, erläutert Andreas Geitner, Technischer Leiter der Rapid Shape GmbH.
Effizientere Nutzung des Bauraums ermöglicht mehr Teile
Das neue, in Zusammenarbeit zwischen Forschung und Industrie entstandene Verfahren kommt ohne Stützen aus und ermöglicht zudem eine Positionierung der Bauteile ohne Anbindung an die Bauplattform. „Wir können 3D-Komponenten direkt im Bauraum an beliebigen Stellen aufbauen. Die Bauteile müssen nicht mehr auf der Bauplattform stehen. Wegen der effizienteren Nutzung des gesamten Bauraums lassen sich deutlich mehr Teile pro 3D-Druckjob herstellen,“ erklärt ILT-Wissenschaftler Holger Leonards, der zusammen mit seinem Kollegen Andreas Hoffmann am ILT das Projekt leitet.
Zusammenspiel von Licht und Kälte
Die Aachener Wissenschaftler und ihre Industriepartner setzen dabei auf Hybridtechnik: Sie verfestigen das flüssige Monomer chemisch per Licht und thermisch per Kälte. „Das Material wird in warmen Zustand aufgetragen und dann per Licht irreversibel ausgehärtet“, sagt Leonards. „Gleichzeitig sorgt der gekühlte Bauraum dafür, dass das schichtweise entstehende Duroplast-Bauteil mit dem zum wachsartig erstarrten Harz zu einem Block festfriert.“
Der Anwender kann diesen anschließend bei Raumtemperatur verflüssigen, sodass das stützende Material abfließt: Übrig bleiben die 3D-gedruckten Bauteile, die nur noch kurz gereinigt und nachgehärtet werden. Auch diese Schritte sollen künftig automatisiert in einer Prozesskette ablaufen können.
Erster Prototyp bereits aufgebaut
Wegen des Einsatzes von zwei Härteverfahren nennt sich das Verfahren im Entwicklungsstadium „Two-Cure“. Die Verfahrensidee ist in einem gemeinsamen Workshop entstanden. Für diesen neuartigen 3D-Druck wurden das Material und der photochemische Prozess vom Fraunhofer ILT entwickelt und das Verfahren sowie die Anlagentechnik erfolgreich von der Rapid Shape GmbH umgesetzt. Der erste Prototyp ist bereits aufgebaut und soll demnächst bis zur Serienreife weiterentwickelt werden.
Erfolgreich erprobt wurde die neue Form des Kunststoff-3D-Drucks mit Modellen für die Schmuckindustrie, zum Beispiel um Schmuck-Ringe herzustellen. Erste Bauteile werden auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand auf der Messe Formnext in Frankfurt zu sehen sein.
