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13.10.2015 | Automobil + Motoren | Nachricht | Online-Artikel

Covestro setzt auf Hochleistungspolymere für die additive Fertigung

verfasst von: Ulrich Knorra

3:30 Min. Lesedauer

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Um den Ausbau von marktgängigen 3-D-Druckverfahren voranzutreiben, untersucht Covestro geeignete Hochleistungspolymere. Dazu gehören dem Unternehmen zufolge thermoplastische Polyurethane (TPU), Rohstoffe für Polyurethan-Lacke und -Klebstoffe sowie Polycarbonate.

Aktuelle Entwicklungen bei den additiven Fertigungsverfahren zielen auf eine weitere Designoptimierung, höhere Funktionalität und vor allem den Ausbau zur industriellen Massenproduktion. Aber es gibt auch noch Herausforderungen wie die hohen Herstellkosten und die begrenzte Verfügbarkeit von Materialien. Während die Unternehmensberatung Roland Berger über die kommenden fünf Jahre eine Senkung der Prozesskosten um bis zu 60 Prozent prognostiziert, treibt Covestro, vormals Bayer MaterialScience, nach eigenen Angaben die Entwicklung von Hochleistungspolymeren für die marktgängigen 3-D-Druckverfahren bereits voran. "Vor allem die Entwicklung geeigneter Materialien spielt eine wichtige Rolle für den weiteren Ausbau additiver Fertigungsverfahren", sagt Dr. Thomas Büsgen, Senior Project Manager 3D Printing Technology bei Covestro. "Unser Ziel ist es dabei, deutlich mehr Funktionen als bisher zu ermöglichen."

Schmelzschichtverfahren

Beim Schmelzschichtverfahren (Fused Filament Fabrication) werden durch Verflüssigung oder Erwärmung eines drahtförmigen Kunststoffs Linien und Punkte auf einer Fläche aufgebracht und beim Abkühlen erhärtet. Bei häufiger Wiederholung dieses Vorgangs entsteht so durch schichtweisen Aufbau ein dreidimensionaler Körper. Covestro sieht insbesondere für TPU ein großes Anwendungsspektrum, da sich ein großer Teil des heutigen Desmopan-Portfolios für das FFF-Verfahren eignet. Das charakteristische Aufschmelz- und Verfestigungsverhalten von TPU führe zu einer festen Verbindung zwischen den aufgetragenen Schichten, "die exzellente Abriebfestigkeit und Elastizität von TPU bleibt dabei erhalten."

Darüber hinaus eigneten sich auch Polycarbonate für dieses Verfahren. Covestro arbeite hier unter anderem in Partnerschaft mit dem chinesischen Filamenthersteller Polymaker, der kürzlich polycarbonat-basierte Materialien für das FFF-Verfahren auf den Markt gebracht habe.

Verfahren mit Kunststoffpulvern

Auch das selektive Lasersintern wird für den schichtweisen 3-D-Aufbau im Rahmen von additiven Fertigungsverfahren genutzt. Dabei wird mittels Laserstrahl ein pulverförmiger Kunststoff zum Sintern gebracht. Vor ein paar Jahren hat Covestro dafür den TPU-Werkstoff Desmosint entwickelt. Das Produkt wird vom Partner Lehmann&Voss&Co. zu einem lasersinterfähigen Pulver weiterverarbeitet und unter dem Handelsnamen Luvosint vertrieben. Das Produkt biete Vorteile gegenüber den bisher eingesetzten Materialien, die spröde und weniger elastisch seien und außerdem raue Oberflächen bildeten. Das charakteristische Aufschmelz- und Verfestigungsverhalten von TPU resultiere in vergleichsweise isotropen Materialeigenschaften sowie guter Abriebfestigkeit und Elastizität.

Beim Binder Jetting, so das Unternehmen, wird eine dünne Pulverschicht aus Kunststoff-, Keramik- oder Metallpartikeln ausgelegt. Aus einem Inkjet-Druckkopf werde dann an bestimmten Stellen ein flüssiges Bindemittel auf die Pulverschicht aufgetragen und verklebe sie dort. Darauf werde die nächste Schicht Pulver aufgetragen und verklebt, so dass schließlich ein dreidimensionales Gebilde entstehe, das zur weiteren Verfestigung nachträglich noch infiltriert werden könne. Für dieses Verfahren bietet Covestro verschiedene Polyurethan-Produkte für das Pulver, das Infiltrat und das Bindemittel an.

Polyurethane des Unternehmens seien auch für das schnelle MultiJet-Fusion-Verfahren geeignet. Dabei werde mittels Tintenstrahldruck eine wärmeabsorbierende Farbe auf ein Pulverbett aufgetragen und anschließend mit einer Infrarot-Lampe gehärtet.

Aushärtung mittels UV-Strahlung

"Die Stereolithografie ist das bisher am längsten verwendete 3D-Druck-Verfahren", heißt es. Dabei befinde sich das Werkstück in einer Wanne mit flüssigem Photopolymer, in die es nach und nach weiter abgesenkt wird. Für den Schichtaufbau sorge dabei ein UV-Laser, der die Härtung des Polymers initiiert. Die dabei entstehenden 3-D-Körper bildeten die gewünschte Form präzise ab. Die bisher verfügbaren Materialien seien meist nicht sehr temperatur- und lichtbeständig und nicht besonders elastisch. Hier ergäben sich Chancen für UV-härtende Harze auf Basis von Polyurethan-Rohstoffen.

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Auch beim Polymer Jetting würden Photopolymere unter UV-Strahlung ausgehärtet. Die Polymere würden hier über Druckköpfe auf eine Bauplattform gesprüht. Bei dem schichtweisen Aufbau sei auch der Einsatz mehrerer Materialien mit verschiedenen Farben oder mechanischen Eigenschaften möglich. Auch hier könnten UV-härtende Harze auf Basis von Polyurethan-Rohstoffen Vorteile gegenüber den bisher eingesetzten Werkstoffen bieten.

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