Stereolithografie-Materialien für dauerbeständige Automobilanwendungen

Motivation und Ziele

Das Projekt SYMPA hat zum Ziel, nachhaltige Materialien, Prozesse und Nachbehandlungsverfahren für den Einsatz in Stereolithografieverfahren (SLA) zu entwickeln, um einen dauerhaften Einsatz (ca. 10 Jahre) für Automobilanwendungen zu ermöglichen. Im Gegensatz zu anderen Additiven Fertigungsverfahren wie Fused Filament Fabrication (FFF) oder Selective Laser Sintering (SLS) können Bauteile aus einem flüssigen Polymerbad mit sehr hoher Genauigkeit, exzellenter Oberflächenqualität, zusätzlich funktionalisierten Oberflächentexturen und mit nahezu vollständig wiederverwendbarem Rohmaterial hergestellt werden. Die Hauptursachen für den mangelnden Einsatz in der Industrie sind die vergleichsweise geringe mechanische Belastbarkeit und UV-Stabilität aktueller Materialien, unzureichendes Wissen über die mechanische, thermische und optische Langzeitbeständigkeit von SLA-Werkstoffen, sowie zeitintensive und potenziell gesundheitsschädliche Nachbehandlungsverfahren (Reinigen des Objekts in einem Aceton-Bad, Nachhärtung in UV-Kammern). Um diese Hürden zu überwinden, setzt sich das im M-ERA.NET Netzwerk aufgebaute, deutsch-österreichische Konsortium aus Partnern entlang der gesamten Wertschöpfungskette zusammen: 3 kleine und mittlere Unternehmen, 1 Großunternehmen sowie 2 Forschungseinrichtungen arbeiten an der Zielsetzung, dauerbeständige SLA-Bauteile für Industrieanwendungen zu realisieren

Wissenschaftliche Arbeiten und Lösungsweg

• Entwicklung eines neuen photosensitiven Materials speziell für SLA-Prozesse mit dauerbeständigen thermischen und mechanischen Eigenschaften und hoher UV-Stabilität auf Basis automobiler Werkstoffanforderungen.
• Optimierung der Prozess- und Nachhärtungsparameter durch ein offenes Maschinensetup für eine effiziente Polymerisation und somit um mindestens 30% verkürzte Prozesszeiten. Durch Modifikation der Anlagentechnik können alle relevanten Prozessgrößen variiert, sowie zusätzliche Verfahren (bspw. in-situ Nachhärtung) zur Eliminierung von Nachbehandlungsschritten implementiert werden.
• Steigerung der Steifigkeiten und Festigkeiten um mind. einen Faktor 3 im Vergleich zum reinen Kunststoff durch zusätzliche Faserverstärkung des Polymers während oder nach dem Prozess.
• Verbesserung der UV-Stabilität und Verschleißreduktion von SLA-Bauteilen mit dem Schwerpunkt auf Plasmaverfahren und Oberflächenbeschichtungen (bspw. Metallisierung)
• Realisierung eines Projektdemonstrators am Beispiel typischer Automobilkomponenten und ganzheitliche Evaluierung der Prozesskette. Verkürzte Prozesszeiten durch optimierte Stützstrukturen und Gewichtsreduktion um mindestens 20% mithilfe an SLA-Prozesse angepasster, numerischer Topologieoptimierungs-Methoden.