Neuer 3D-Drucker Schneller zum Automobilbauteil aus Kunststoff

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3D-Druck-Spezialisten vom Fraunhofer-IPA erforschen, wie das Lasersintern genutzt werden kann, damit Kunststoffbauteile für den Autobau effizienter und in hoher Qualität hergestellt werden können ...

Auf dem Forschungscampus Arena2036 in Stuttgart hat ein Team vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) jüngst einen neuen 3D-Drucker in Betrieb genommen, der zwei Faserlaser nutzt. Zunächst wirkt das additive Fertigungssystem ganz herkömmlich. Doch durch zwei kleine Fenster ist zu sehen, wie ein Laserstrahl flächig aufgebrachtes Kunststoffpulver an genau festgelegten Stellen durch Versinterung verfestigt (Bild). Der Vorgang wiederholt sich dann nach bekannter Schicht-für-Schicht-Manier, bis das gewünschte Bauteil fertig ist. Auf den zweiten Blick wird dann schon klarer, wodurch sich der neue 3D-Drucker von anderen unterscheidet. Genauer gesagt, sind es gleich drei Neuerungen, die den Unterschied ausmachen.

Modifikationen erlauben ganz anderen Kunststoff-3D-Druck

Da ist zunächst der Faserlaser, der das Kunststoffpulver aufschmilzt. Er arbeitet nämlich mit einer höheren Leistung als andere und kann stärker fokussiert werden als die aktuell eingesetzten CO₂-Laser. So kann die neue Anlage Bauteile mit exakten Abmessungen besonders schnell drucken.

Auch das Kunststoffpulver ist anders. Denn die Forscher verwenden ein Polypropylen-Pulver (PP), das mit kleinen Glaspartikeln versetzt ist, was das fertige Kunststoffbauteil vergleichsweise steif macht, wie es heißt. Es sei auch ein Material, das noch nicht kommerziell erhältlich sei. Der Druckprozess muss auch erst noch schrittweise an das neue Material und seine Eigenschaften angepasst werden, damit alles prozesssicher abläuft, um die gewünschten Geometrien zu erhalten.

Schließlich verweisen die Spezialisten der additiven Fertigung auch noch auf einen Sensor. Denn er soll es erlauben, den Druckprozess quasi live zu beobachten. Dazu erfasst er die Signale, die reflektiert werden, wenn der Laserstrahl auf das Polymerpulver mit den Glaspartikeln trifft. Am IPA hofft man so, ableiten zu können, ob der Prozess korrekt abläuft oder Fehler auftreten.

Testfähige Kunststoffteile in nur wenigen Wochen

Der Faserlaser, das mit Glaspartikeln versetzte Polypropylenpulver und der Sensor sollen in Kombination also dazu beitragen, den Produktentstehungsprozess von Kunststoffteilen mit Blick auf die Automobilindustrie zu verkürzen, um so die Kosten zu drücken. Bisher fertige die Branche nämlich nur Musterbauteile und Prototypen per 3D-Druck. Funktionierende Kunststoffbauteile aus Polypropylen für Vorserienfahrzeuge werden dabei im Spritzgussverfahren hergestellt, weil es bisher keine Alternative gibt, um Bauteile in der gewünschten Serienqualität herzustellen, wie es weiter heißt. Doch für alles, was mit der Spritzgießmaschine produziert werden soll, braucht zunächst ein komplexes und relativ teures Werkzeug dafür. Bis die ersten Bauteile fertig sind und getestet wurden, kann durchaus ein halbes Jahr ins Land gehen. Doch mit der oben beschriebenen Art der additiven Fertigung könne diese Zeit auf zwei bis drei Wochen verringert werden. Die Entwickler könnten die eingesparte Zeit dann nutzen, um das Bauteil entweder weiter zu optimieren, oder es schneller auf den Markt zu bringen. Und für die Serie wird dann in größeren Stückzahlen wirtschaftlich mit einem typischen Spritzgießwerkzeug gearbeitet.

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