Problem: Ungewollter Materialfluss
Wer bisher Schäume mit geringer Dichte bei additiven Produktionsverfahren einsetzen wollte, stand vor größeren Problemen: Bei der Verwendung von dünnflüssigen oder aufschäumbaren Kunststoffen mit einer minimalen Dichte von 80 kg/m3 für die additiven Fertigungsverfahren „Fused Layer Modelling“ (FLM) oder „Fused Filament Fabrication“ FFF) floss bei Fahrten ohne Materialaustrag ungewollt flüssiges Material aus der Düse. Die Bauteile waren qualitativ wenig überzeugend und mussten von Hand nachbearbeitet werden. Und der erhöhte Materialverbrauch war zusätzlich ärgerlich.
Die Innovation aus dem Fraunhofer IPA
Das Forscherteam vom Fraunhofer IPA hat jetzt eine Verschlussdüse für 3D-Drucker entwickelt, die automatisch den Materialfluss unterbricht. Diese Verschlussdüse unterbricht den Materialfluss an vorgegebenen Stellen automatisch, indem der Extrudermotor das Filament aus Kunststoff zur Düse befördert, die wiederum durch einen Federmechanismus verschlossen ist. Das Filament passiert oberhalb der Düse ein Heizelement, so dass der der Kunststoff schmilzt, flüssig wird und sich in einem Hohlraum innerhalb der Düse sammelt. Wenn der Innendruck eine bestimmte Höhe erreicht, drückt die Schmelze eine Hohlnadel und damit die Feder nach oben, durch die das Filament zuvor befördert wurde. Dann öffnet sich die Düse und der Kunststoff fließt raus. Wenn die Fördereinheit kein Material mehr Richtung Heizelement befördert, dann wird der Materialfluss gestoppt und der restliche Kunststoff, der in der Düse aufgeschmolzen vorhanden ist, wird noch verdruckt. Dann entleert sich der Hohlraum und der Druck nimmt ab. Am Ende schiebt die Hohlnadel wieder nach unten und verschließt dadurch die Öffnung der Düse. Aktuell wurden nur Schäume mit sehr geringer Dichte mit der Verschlussdüse verdruckt. Ein Anwendungsfall für diese additive Fertigung sind z.B. Unterkonstruktionen für Sitzmöbel, Isolierungen, Verpackungen oder Leichtbaustrukturen.
Ausblick
Die Verschlussdüse ist prinzipiell auch für dünnflüssige Kunststoffe wie Polyamid geeignet ist, so dass in Zukunft weitere spannende Anwendungsfälle bei der additiven Fertigung hinzukommen werden.
