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Mit einem Treffen der beteiligten Partner startete am 10. Februar 2017 in der Ernst-Abbe-Hochschule Jena das Forschungsprojekt „Hybrides Verfahren für die additive Multimaterialbearbeitung von individualisierten Produkten mit hoher Auflösung – HyAdd3D“.
Verfahren der additiven Fertigung kommen in vielen Bereichen zur Anwendung. So werden in der Automobilindustrie fast alle Kunststoffteile zunächst gedruckt und später abgegossen. Hemmnisse, wie die gegenwärtig eingeschränkte Anzahl an geeigneten Werkstoffen, die ungenügende Oberflächenqualität mit der Folge kostenintensiver Nachbearbeitungsprozesse, wie Sandstrahlen, Beschichten oder Lackieren, sowie die begrenzte gleichzeitige Verarbeitung unterschiedlicher Werkstoffe verhindern einen breiteren industriellen Einsatz.
Ziel des “HyAdd3D“-Projektes ist es, mittels einer neuen Anlagentechnik hochkomplexe Bauteile additiv zu fertigen und gleichzeitig den hohen Anforderungen einer endformnahen Fertigung nachbearbeitungsfrei gerecht zu werden. Hierbei kooperieren die Partner BURMS Jena, die cirp GmbH Heimsheim, die Weimarer Glatt Ingenieurtechnik GmbH, die PORTEC GmbH aus Zella-Mehlis, weiterhin die sema GmbH aus Coswig/Anhalt, die Materialise GmbH aus Gilching sowie das Potsdamer Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP, die Technische Universität Ilmenau und die Ernst-Abbe-Hochschule Jena. Weiterhin arbeiten die Unternehmen botspot Berlin, die junge Jenaer Firma maubel und ZEISS als assoziierte Partner im Projekt.
Das Projekt umfasst die Entwicklung einer hybriden Verfahrenslösung, die in der Lage ist, neue Material- und Multimaterialentwicklungen aus Kunststoffen mit funktionalen Zusatzstoffen zu verarbeiten. So sollen unter anderem Produkte gefertigt werden, die sich mit dem aktuellen Stand der Technik nur schwer realisieren lassen: Hierzu zählen die Umsetzung eines hochkomplexen Gehäuses eines NIR-Spektrometers und eines speziellen Brillenrahmens für eine intelligente Brille. Beide Produkte stellen hohe Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit, den elektromagnetischen Schutz, an die mechanische Stabilität sowie an Hydrophobie und UV-Stabilität.
Die Innovation setzt auf einen sich schrittweise wiederholenden Prozess, bei welchem wenige tausendstel Millimeter dünne Schichten übereinander aufgebracht werden. Jede Schicht besteht aus einem Grundmaterial, das durch entsprechende Druckköpfe farblich und physikalisch verändert wird, um so entsprechende Eigenschaften zu erhalten. Nach dieser Bearbeitung wird jede Schicht durch gezielte UV-Bestrahlung ausgehärtet. Auf diese Art soll es möglich sein, endformnahe und wirtschaftliche Geometrien bis zu der Größe eines Schuhkartons fertigen zu können.
Dazu werden dem Stand der Technik entsprechende Verfahren aus unterschiedlichsten 3D-Druck-Technologien kombiniert und aufeinander abgestimmt. Die Schwerpunkte liegen dabei in der Kalibrierung bzw. Synchronisation der numerischen Bauteilsimulation, der Ansteuerung, der Prozessbeherrschung und in den speziell abgestimmten Materialien. Dazu müssen neue Wege des Schichtauftrags sowie neue Belichtungsstrategien entwickelt und evaluiert werden. Die Wirtschaftlichkeit ergibt sich unter anderem aus der Reduzierung der Nachbearbeitungsprozesse, da beim Schichtaufbau besonders glatte Oberflächen erzeugt werden und eine Automatisierung möglich ist.
Das Verfahren soll an verschiedenen Produkten in Form zweier Demonstratoren schrittweise evaluiert werden. Die Demonstratoren werden Rahmen der Qualitätssicherung einer Soll-Ist-Analyse unterzogen, um beispielsweise Deformationen frühzeitig zu erkennen und innerhalb der numerischen Bauteilsimulation zu berücksichtigen.
Im Erfolgsfall soll das Verfahren auf industrielle Maßstäbe, z.B. große Bauräume, angepasst werden, um so hochkomplexe Produkte herstellen zu können: Besonders profitieren können die Automobilindustrie, durch z.B. elektrische Abschirmungen in Kunststoffelementen, und der Werkzeugbau, durch ausbrennbare oder ausschwemmbare Kanäle für spätere Kühlkreisläufe bei der Herstellung von Spritzgusswerkzeugen.
Nicht zuletzt ermöglicht das 3D-Druckverfahren die Verarbeitung einer Vielzahl neuer Materialien und somit völlig neue Anwendungen, wie intelligente Gehäuse für Hochpräzions-Messgeräte oder die Fertigung von Unikaten im Fahrzeugsonderbau.
Aber auch in Studium und Lehre werden die Ergebnisse eingebracht, um einen geeigneten Wissenstransfer und damit Raum für neues Potential bei der Weiterentwicklung der HyAdd3D-Technologie zu ermöglichen.
Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Bekanntmachung „Additive Fertigung – Individualisierte Produkte, komplexe Massenprodukte, innovative Materialien (ProMat_3D)“ im BMBF-Programm „Forschung für Produktion, Dienstleistung und Arbeit“ im Rahmenkonzept „Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen“ gefördert. Die Projektbetreuung erfolgt durch den Projektträger Karlsruhe (PTKA-PFT).
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