Granulatbasiertes FDM

Key Words: FDM, Polymers, Efficiency, Granulate

… für faserverstärkte Hochleistungskunststoffe

Bis heute ist das Fused Deposition Modeling (FDM) eine der führenden Technologien im Bereich des Additive Manufacutring (AM). Insbesondere die Herstellung von Anschauungsobjekten, Prototypen und Klein­serien­produkten aus thermo­plastischen Kunststoffen zeichnen diese einfache und kosten­günstige Technologie aus. Um Entwicklungszyklen zu verkürzen und gleichzeitig die Produktionskosten zu senken, hat sich dieses Verfahren in den letzten Jahren vor allem im Produkt­entwicklungs­prozess durchsetzen können. Der Anwendungs­bereich für Funktions­bauteile ist jedoch noch stark eingeschränkt. Industrie­übliche Kunststoffe, etwa mit einem Faser­anteil, die eine signifikante Verbesserung der Material­eigenschaften mit sich bringen, können zum aktuellen Zeitpunkt kaum mittels FDM verarbeitet werden. Weiterhin limitiert die Nutzung von Kunststoff­filamenten als Ausgangs­material die maximale Aufbaurate, die Durchfluss­menge und die Material­auswahl. Um die verfahrens­bedingten Einschränkungen zu überwinden und gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu steigern, muss die Art der Bereitstellung des Rohmaterials mit einer Neugestaltung der Extrusionseinheit kombininert werden. 

Statt einen Umweg über handelsübliche Filamente zu gehen, wird das Material in seiner gebräuchlichsten, unter anderem im Spritzguss verwendeten Form als Granulat direkt verarbeitet und kann in-situ etwa mit dem gewünschten Faseranteil angereichert werden. Bisherige Entwicklungen orientieren sich stark am Spritz­gießverfahren und verwenden axiale Extruderschnecken. Am RWTH Aachen Lehrstuhl für Digital Additive Production DAP dagegen wird aktuell ein neuartiges, kompaktes und modulares, radiales Design erarbeitet. Dabei wird das zu verarbeitende Granulat in einem Zylinder aufgeschmolzen und anschließend über eine rotierende, radiale Extrudereinheit in Richtung des Zylinderbodens gefördert. Durch die spezielle Geometrie des Extruders und des Zylinder­bodens wird das Material homo­genisiert und aus der beheizten Düse ausgestoßen. Anders als beim herkömmlichen FDM-Verfahren können bei diesem Drucksystem erheblich größere Düsen­durchmesser verwendet werden. Dadurch sind deutlich höhere Druck­geschwindigkeiten und entsprechend größere Bauteile realisierbar.

Robin Keller, M. Eng.

RWTH Aachen Lehrstuhl für
Digital Additive Production DAP
Campus-Boulevard 73
52074 Aachen

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