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11.06.2024 | Additive Fertigung | Nachricht | Nachrichten

Fortschritt bei selektiv lichtdurchlässigen Kunststoffbauteilen

verfasst von: Mathias Keiber

1:30 Min. Lesedauer

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Kunststoffbauteile, die an bestimmten Stellen lichtdurchlässig sind, lassen sich nur mühevoll herstellen – und recyclen. Ein neues 3-D-Druckverfahren verspricht Abhilfe.

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA vereinfacht gemeinsam mit dem Lehrstuhl Umweltgerechte Produktionstechnik der Universität Bayreuth die Produktion selektiv transluzenter Bauteile. Dafür nutzt das Forschungsteam fein gemahlene, thermoplastische Kunststoffpulver, die für das additive Fertigungsverfahren High Speed Sintering (HSS) parametrisiert und testweise verarbeitet werden.

Beim HSS wird eine dünne Schicht Kunststoffpulver auf eine beheizte Bauplattform aufgetragen und mittels Inkjet-Druckköpfen mit einer rußhaltigen Tinte benetzt. Anschließend überfährt eine Infrarotstrahlungsquelle das Pulverbett. Der Ruß in der Tinte absorbiert die Strahlung, erwärmt sich und bringt das Kunststoffpulver selektiv zum Schmelzen. Indem die Tintenauftragsmenge variiert wird, lassen sich die Bauteileigenschaften lokal gezielt beeinflussen.

Menge an Ruß bestimmt Lichtdurchlässigkeit

Wie lichtdurchlässig ein Bereich ist, entscheidet die Menge an Ruß. Für das Schmelzen des Kunststoffpulvers ist nur wenig Ruß nötig. Er färbt das Bauteil leicht hellgrau, wobei die transluzenten Eigenschaften des Kunststoffpulvers überwiegen. Wird mehr als die zum Schmelzen benötigte Minimalmenge an Ruß aufgebracht, nimmt die Lichtdurchlässigkeit lokal entsprechend ab.

Das Forschungsteam nutzt diese Wechselwirkung, um additiv gefertigte Bauteile mit hochaufgelösten Mustern, Schriftzügen und Symbolen herzustellen und mithilfe einer Lichtquelle zum Leuchten zu bringen – zum Beispiel die Bedienelemente eines Armaturenbretts im Auto. Aufgrund der hohen Auflösung der Inkjet-Druckköpfe können neben harten Hell-Dunkel-Kontrasten auch fließende Übergänge realisiert werden.

Produktion und Recycling vereinfacht

Das Verfahren hat zwei wesentliche Vorteile: Die Kunststoffbauteile können in einem einzigen Fertigungsschritt und ohne konstruktive Anpassung von Bauteildicken produziert werden. Und da sie durchgängig aus demselben Material bestehen, lassen sie sich ohne Weiteres recyceln.

Bislang sind selbst bei kleinen Bauteilen für die Herstellung hinterleuchteter Symbole mehrere Materialien mit unterschiedlichen Lichtdurchlässigkeiten, diverse Prozessschritte oder eine wechselnde Bauteildicke nötig. Dabei werden die einzelnen Materialien meist untrennbar miteinander verbunden, was die Recyclingfähigkeit stark reduziert.

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