Thermoplaste für den industriellen Serieneinsatz von Additiven Fertigungsverfahren
Motivation und Ziele
Die additive Fertigung mit thermoplastischen Kunststoffen findet vermehrt Anwendungen in den Branchen Mobility, Aerospace, Energie und Umwelt. Die meist hohen Anforderungen an den Flammschutz sowie auch erweiterte Funktionalitäten, erfüllen Standardwerkstoffe heute selten. Im Verbund werden daher maßgeschneiderte Werkstofflösungen für die additiven Prozesse SLS (Selektives Laser Sintern) und Material Extrusion entwickelt. Zu den gesteckten Zielen gehören:
Entwicklung der Wertschöpfungskette vom Granulat über die Pulverherstellung bis zum gesinterten Bauteil
Entwicklung von endlosfaserverstärkten Filamenten und Prozessdemonstration im repräsentativen Umfeld
Entwicklung von temperaturbeständigen, flammgeschützten Filamenten und Prozessdemonstration im repräsentativen Umfeld
Entwicklung und Validierung einer Qualitätssicherungsroutine für den additiven "End-to-End"-Prozess
Entwicklung eines flammgeschützten Polyamid (PA)-Materials zur Verwendung im SLS Prozess
Wissenschaftliche Arbeiten und Lösungsweg
Teilprojekt SLS:
Compoundierungsversuche (Integration von Flammschutz) und iterative Bewertung durch Flammtests
Pulvergenerierung (Kleinmaßstab) & Pulvercharakterisierung sowie Prozessfähigkeitsversuche
Werkstoffauswahl, Pulverherstellung (Großmaßstab) & Druckversuche
Pulvercharakterisierung & Entwicklung geeigneter Messmethoden (z.B. Powder Analyzer)
Herstellung von Demonstratoren
Materialscreening und Charakterisierung von PA-Typen zur Identifikation geeigneter Basiswerkstoffe
Teilprojekt Material Extrusion:
Entwicklung & Aufbau der erforderlichen Anlagentechnik zur Herstellung & Verarbeitung der neuartigen Filamentwerkstoffe
Prozessfähigkeitsuntersuchungen
Identifikation von Key Performance Parametern und Entwicklung geeigneter in-situ Messmethoden
Materialscreening & Charakterisierung von PA-Typen sowie auch geeigneter Hochleistungswerkstoffe (z.B. PPS, PEEK) & der Verstärkungsfasern
Exponate
Demonstrator aus Hochtemperatur-Polyamid: Das Exponat vom Verbundpartner AM Polymers stellt ein Gehäuse für einen Temperatursensor in der Flugzeugkabine dar und besteht aus einem Werkstoff, der insbesondere die Flammschutzanforderungen eines Luftfahrzeuges erfüllen soll. Für diesen Werkstoff wurden spezifische Fertigungsparameter erarbeitet. © AM Polymers GmbH
Hybriddemonstrator: Das vom Verbundpartner Siemens gefertigte Exponat stellt einen Technologieträger dar, der unterschiedliche Werkstoffe im additiven Prozess verbindet. Auf ein Thermoplast-Organoblech wird eine Wabenstruktur mit einem flammbeständigen Filament aufgedruckt. Die Sandwichstruktur wird deckseitig mit endlosfaserverstärktem Filament bedruckt und geschlossen. © Siemens AG
Halterdemonstrator: Das Exponat, hergestellt von den Verbundpartnern Airbus und der CTC GmbH, stellt einen Strukturhalter dar, wie er im Flugzeug eingesetzt sein könnte. Der Halter wurde angelehnt an eine heutige metallische Umsetzung strukturell optimiert und in einer leichtest möglichen Variante mit endlosfaserverstärktem Filament gedruckt. © Airbus Operations GmbH