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Hochwertiger 3D-Drucker verarbeitet Kunststoffpartikel aus Toner

Quelle: TH Köln 3 min Lesedauer

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In einem gemeinsamen Forschungsprojekt haben die TH Köln und das Unternehmen mz Toner Technologies ein 3D-Druck-Verfahren entwickelt, das Kunststoffpartikel aus einem Toner zum Drucken verwendet.

Forscher der TH Köln und Experten von mz Toner Technologies verfolgen einen neuartigen 3D-Druck-Ansatz. Dabei werden mit Kunststoffpartikeln aus dem Toner viele dünne Schichten gedruckt, die man dann zu einem 3D-Teil verschmelzen kann. Das hat viele Vorteile ...(Bild: mz Toner Technologies)
Forscher der TH Köln und Experten von mz Toner Technologies verfolgen einen neuartigen 3D-Druck-Ansatz. Dabei werden mit Kunststoffpartikeln aus dem Toner viele dünne Schichten gedruckt, die man dann zu einem 3D-Teil verschmelzen kann. Das hat viele Vorteile ...
(Bild: mz Toner Technologies)

Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren erreiche diese Alternative eine bessere Qualität und einen höheren Durchsatz. Eine Weiterentwicklung soll es nun ermöglichen, auch mit Metallen und Keramik zu drucken. Langfristig ist ein Einsatz in der Raumfahrt denkbar. Der 3D-Druck von Kunststoffprodukten ist bekanntlich im Prototypenbau, für individualisierte Einzelteile und teilweise auch in Kleinserien bereits weit verbreitet, wie die Projektpartner sagen. In der Massenproduktion komme die additive Fertigung unter anderem wegen der relativ langsamen Prozesse und Unsicherheiten bei der Bauteilqualität noch nicht zum Einsatz. Beides soll sich durch das Projekt ändern.

Viele 2D-Schichten werden per Stempelmaschine zum 3D-Teil

Der im Vorhaben entwickelte Ansatz beruht auf dem elektrophotographischen Druck, der in Laserdruckern weit verbreitet ist. Dabei wird eine lichtempfindliche Trommel im Dunkeln verwendet, die vollständig elektrostatisch aufgeladen ist. Der Laserstrahl löscht dann selektiv die Ladungen. Kommen Dann die Kunststoffpartikel aus dem Toner mit der Trommel in Berührungen, haften sie auf den noch aufgeladenen Bereichen und können auf ein Trägermaterial übertragen werden.

Die verwendeten Kunststoffpartikel im Toner des Projektpartners der TH Köln sind zwischen 10 und 100 Mikrometer groß. Entsprechend dünn sind die 2D-Schichten, die man pro Durchgang erzeugt. Durch diese sehr kleine Auflösung erreiche man aber gute mechanische Eigenschaften und eine gute Oberflächenqualität. Um aus den gedruckten zweidimensionalen Schichten nun ein dreidimensionales Bauteil zu machen, werden die einzelnen Schichten in einer Stempelmaschine übereinandergelegt und bei 200 bis 220 Grad verschmolzen.

3D-Bauteilqualität hart an der von Spritzgussteilen

Tests mit so hergestellten Probenkörpern aus dem technischen Kunststoff ABS zeigen, dass ihre Eigenschaften mit herkömmlichen Fertigungsverfahren und anderen additiven Verfahren vergleichbar sind, wie die Protagonisten betonen. Bei Zugversuchen erreichten die Teile eine Zugfestigkeit von 1.904 Megapascal (MPa). In der Literatur werden beispielsweise für das Schmelzschichtverfahren Werte von 1.627 MPa und für das Spritzgussverfahren von 2.300 MPa angegeben. Derzeit kann der Prototyp bis zu fünf Quadratmeter pro Minute zweidimensional drucken, wie man weiter erfährt. Wie viele Werkstücke daraus entstehen, hänge nur von der Anzahl der parallel arbeitenden Transfereinheiten ab.

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