Analog für AM2

Die heute am häufigsten eingesetzten additiven Verfahren zur Herstellung von Kunststoffbau-teilen sind Fused Filament Fabrication (FFF, Extrusion eines Thermoplastfilaments), das Selektive Lasersintern (SLS, Verfestigung eines Thermoplastpulvers mittels Laser) sowie die Stereolithografie (SL, Aushärtung eines photosensitiven Kunstharzes mittels Laser oder einer an-deren Lichtquelle). Insbesondere im Consumer-Bereich sind FFF- und SL-Verfahren seit vielen Jahren etabliert. Die möglichen Anwendungen ergeben sich dabei aus den erzielbaren Genauigkeiten des jeweiligen Verfahrens, der Materialauswahl und dem Eigenschaftsprofil der einsetzbaren Werkstoffe sowie prozessbedingten Einschränkungen der Designfreiheit. So sind bei SLS-Verfahren aufgrund der Einbettung des 3D-Objekts im Pulverbett im Gegensatz zu FFF und SL keine Stützstrukturen notwendig. FFF-Verfahren hingegen bieten eine extrem hohe Vielfalt an einsetzbaren Materialien, SL-Prozesse die heute höchste Genauigkeit aller additiven Fertigungsverfahren. Im Gegensatz zum FFF-Verfahren, bei dem ein erhitztes Thermoplastfilament über eine Düse linienförmig und Schicht für Schicht ausgetragen wird, sind Lasersinter- und Stereolithografie-Prozesse deutlich skalierbarer im Hinblick auf ihre Produktivität. Beim Lasersintern ist es beispielsweise möglich, über eine Intensitäts- und Geschwindigkeitssteigerung des Laser-Scan-Vorgangs deutlich höhere Geschwindigkeiten zu realisieren. Allerdings geht dies mit höheren Anforderungen an die Temperatur- und Prozessregelung einher und erfordert eine präzise Kenntnis der thermomechanischen Effekte während des Sintervorgangs. Auch die Aushärtung photosensitiver Stereolithografie-Harze mittels Laser kann über eine Erhöhung der Intensität und des Scan-Vorgangs beschleunigt werden, erfordert aber ein optimales Zusammenspiel zwischen Lichtquelle und Polymerisationsprozess. Das erste Teilziel dieses Projektes ist daher die Produktivitätssteigerung von SLS- und SL-Verfahren, um die wirtschaftliche Anwendung bei höheren Stückzahlen zu gewährleisten.

Bei additiven Ein- oder Mehrkomponentenverfahren werden häufig Bauteile gefertigt, welche nachträglich zu Funktionsbaugruppen montiert werden müssen. Die additive Fertigung bietet jedoch das Potential, auf nachfolgende Montagearbeiten verzichten zu können, indem verschiedene Funktionen direkt im Druckprozess in die Bauteile integriert werden. Durch diese Integration kann außerdem auf eine mögliche Nacharbeit des additiv gefertigten Bauteils an der Fügestelle verzichtet werden.

Das zweite Teilziel ist daher die Erweiterung additiver Fertigungsprozesse für Kunststoffbau-teile, sodass im Prozess zusätzliche Funktionen in die Bauteile integriert werden können. Eine verbesserte mechanische Funktionsweise des Bauteils kann beispielsweise durch die Integration von metallischen Einlegern für mechanisch hochbeanspruchte Bereiche des Bauteils ermöglicht werden. Mechatronische Komponenten sollen ebenfalls im Prozess integriert und kontaktiert werden können, um beispielsweise Sensor- oder Aktorfunktionen übernehmen zu können. Um die Funktionserfüllung von derartig hergestellten Komponenten für emissionsfreie Antriebssysteme sicherzustellen, ist weiterhin eine prozessintegrierte Qualitätssicherung unbedingt notwendig.