Hybrides Verfahren für die additive Multimaterialbearbeitung von individualisierten Produkten mit hoher Auflösung (HyAdd3D)

Problemstellung
Verfahren der additiven Fertigung kommen in vielen Industriebereichen zur Anwendung. In der Automobilindustrie werden beispielsweise fast alle komplexen Kunststoffteile, wie das Armaturenbrett, zunächst als Muster gedruckt und später in Serie gegossen. Hemmnisse, wie die gegenwärtig eingeschränkte Anzahl an verarbeitbaren Werkstoffen für den 3D-Druck sowie die ungenügende Oberflächenqualität, behindern dabei einen breiteren industriellen Einsatz. Häufig sind zeit- und kostenintensive Nachbearbeitungsprozesse, wie das Sandstrahlen, Beschichten oder Lackieren, notwendig. Darüber hinaus ist es bislang nur begrenzt möglich, unterschiedliche Werkstoffe, wie beispielsweise Kunststoffe, Keramiken und Metalle, gleichzeitig zu verarbeiten.

Projektziel
Das Ziel des Forschungsprojekts HyAdd3D ist es, mittels einer neuen Anlagentechnik komplexe Bauteile additiv herzustellen und gleichzeitig den hohen Anforderungen einer Fertigung ohne Nachbearbeitung gerecht zu werden. Das Projekt umfasst die Entwicklung einer hybriden Verfahrenslösung, die neue Material- und Multimaterialkompositionen aus Kunststoffen mit funktionalen Zusatzstoffen verarbeiten kann.

Vorgehensweise
Dazu wird ein sich schrittweise wiederholender Druckprozess erarbeitet, bei welchem wenige tausendstel Millimeter dünne Schichten übereinander aufgebracht werden. Jede Schicht besteht aus einem innovativen Grundmaterial, das durch zu entwickelnde Druckköpfe farblich und physikalisch verändert wird. So können gezielt entsprechende Eigenschaften, wie elektrische Leitfähigkeit, erreicht werden. Nach dieser Bearbeitung wird jede Schicht durch punktuelle UV-Bestrahlung ausgehärtet. Auf diese Art soll es möglich sein, endformnahe Geometrien bis zu der Größe eines Schuhkartons wirtschaftlich zu fertigen. Die exemplarische Erprobung erfolgt durch einen Anlagendemonstrator am Beispiel verschiedener Produkte aus dem Automobil- und Maschinenbau. Anschließend wird das Verfahren auf industrielle Maßstäbe und große Bauräume weiterentwickelt.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Bei erfolgreicher Umsetzung ergibt sich eine deutliche Reduzierung der Nachbearbeitungsprozesse, da durch den präzisen Schichtaufbau glatte Oberflächen erzeugt werden. Die Anlagentechnik ermöglicht neue Anwendungen und den Einsatz von Multimaterialkompositionen, wie beispielsweise intelligente Gehäuse für Hochpräzions-Messgeräte oder die Fertigung innenliegender Kühlkreisläufe in Spritzgusswerkzeugen.

• CIRP GmbH
• Ernst-Abbe-Hochschule Jena - ServiceZentrum Forschung und Transfer (SZT)
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• Glatt Ingenieurtechnik Gesellschaft mit beschränkter Haftung
• Materialise GmbH
• PORTEC Gesellschaft für Produktionsorganisation und rechnergestützte Technologien mbH
• se ma Gesellschaft für Innovationen mbH
• Technische Universität Ilmenau
• Uwe Brick BURMS - Rapid Manufacturing Solutions