Untersuchung von 3D-Druckerdüsen im Realaufbau

FFF-Versuchsstand
© Fraunhofer IPA

Am Markt erhältliche Düsen für 3D-Drucker, die nach dem Prinzip der Extrusion von thermoplastischen Kunststoffen arbeiten, sind aktuell nicht für Anwendungen mit gefüllten Hochleistungspolymeren ausgelegt. Für diese Anwendungen sind die meisten Düsen aus Messing oder seltener Edelstahl zu anfällig gegenüber Abrasion. Um die Standzeiten der Maschinen v.a. im industriellen Umfeld zu verlängern, sind Düsen aus anderen Materialien notwendig.

Die Firma Gühring hat hierzu eine Düse entwickelt, die unter anderem aus einem polykristallinem Diamant besteht. Voruntersuchungen zeigen eine gute Verschleißfestigkeit der Düse gegenüber sehr abrasiven Materialien. Die Ausgestaltung des Innenbereichs der Düse kann innerhalb des laserbasierten Herstellprozesses vorgenommen werden und nimmt direkten Einfluss auf das Fließverhalten der eingesetzten Kunststoffschmelzen.

Rendering FFF-Versuchsstand
© Fraunhofer IPA

Projektablauf

Innerhalb der durchgeführten Machbarkeitsuntersuchung wurde geklärt, ob das Fließverhalten abhängig von der Geometrie und der verwendeten Materialien praktisch bestimmt werden kann. Ein solches Verfahren beinhaltet eine Erfassung von Daten bezüglich der Fließfähigkeit des Materials im Prozess mittels Sensoren (Druck und Temperatur). Um dies zu untersuchen wurde ein Versuchsstand aufgebaut, der die Prozessbedingungen möglichst exakt darstellt. Anschließend wurde eine Parameterstudie durchgeführt, der Aufbau validiert und mehrere Düsen praktisch hinsichtlich ihrer Fließeigenschaften sowie Abrasionsbestädigkeit untersucht.

Projektnutzen

  • Verarbeitung hoch abrasiver, gefüllter Materialsysteme
  • Charakterisierung und Optimierung von Extrusionsdüsen für die additive Fertigung
  • Erweiterte Fähigkeit zur Analyse des additiven Fertigungsprozesses und zum Aufbau eines erweiterten Prozessverständnisses

   

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