3D-Druck nach dem FLM-Verfahren mit einer durchmesservariablen Extrusionsdüse
Transfercluster (Technologiebereich)
Maschinenbau, Produktion und Logistik
Reifegrad
Nachweis der Funktionstüchtigkeit einer Technologie, „Proof of Concept“ (TRL 3).
Hintergrund
Das Fused Layer Manufacturing (FLM) ist ein vergleichsweise günstiges 3D-Druckverfahren bei dem ein Thermoplast in einer Düse aufgeschmolzen und schichtweise entlang festgelegter Bahnen extrudiert wird, wodurch ein Bauteil aufgebaut wird. Bisher werden beim FLM Düsen mit einem fest definierten Durchmesser eingesetzt, wodurch sich die wählbare Extrusionsbreite für die Bahnen sowie die Dicke der einzelnen Bauteillagen in einem relativ kleinen Bereich bewegen. Es muss vor dem Prozess festgelegt werden, welcher Durchmesser und damit der extrudierbare Massenstrom eingesetzt werden soll. Sind feinere Elemente vorhanden oder sind höhere Oberflächenqualitäten gefordert, führt es zu einer hohen Prozessdauer.
Forschungsergebnis / Technologie
In einem gemeinsamen Forschungsvorhaben des Fachgebiets Maschinenelemente an der Technischen Universität Dortmund und dem Lehrstuhl für Produktionssysteme an der Ruhr-Universität Bochum wird eine durchmesservariable Extrusionsdüse für FLM entwickelt. Sie ermöglicht entsprechend der Anforderungen innerhalb eines Bauteils den Düsenquerschnitt anzupassen. So können feine Konturen mit einem reduzierten Durchmesser (z.B. 0,4 mm) genau gefertigt werden. Innen liegende Bereiche werden zugleich mit einem maximalen Düsendurchmesser (z.B. 4 mm) sehr schnell aufgebaut werden. Die Änderungen im Prozess durch eine vollvariable Düse erfordern eine angepasste Prozessführung. Hiervon hängen Prozessgeschwindigkeit, Oberflächenqualität und Bauteilfestigkeit.
Anwendung
Der variable Düsendurchmesser erlaubt es, Bauteile mit einem Volumen bis zu 0,5 m3 bei gleichzeitig vorhandenen feinen Formelementen wirtschaftlich herzustellen. Durch eine flexible Anpassung des Düsenquerschnitt bei einem Bauteil kann die Prozessgeschwindigkeit signifikant gesteigert werden, ohne dass die Bauteilqualität leidet. Die Düse wird für den Einsatz von Kunststoffgranulat entwickelt, da der maximale Düsendurchmesser nicht durch den Filamentdurchmesser begrenzt wird und sehr hohe Volumenströme möglich sind. Die Düse erlaubt Kunststoffe mit Schmelztemperaturen bis zu 300 °C einzusetzen.
Schlagworte: 3D-Druck, FLM, variabler Düsenquerschnitt, Prozessoptimierung
Kontaktperson
Dr.-Ing. Eugen Krebs
Innovations- und Transfermanagement
Technische Universität Dortmund
Centrum für Entrepreneurship & Transfer (CET), Exzellenz Start-up Center.NRW
Emil-Figge-Str. 80. Raum 2.116
44227 Dortmund
Tel.: +49 231-755 8925
Fachkontakt
Dr.-Ing. Martin Möller
Oberingenieur
Telefon (+49)231 755-5610
Adresse
Fachgebiet Maschinenelemente
Leonhard-Euler-Str. 5 (MB1)
44227 Dortmund
Download / Web
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