KMU-innovativ Ressourcenschonende Kunstlederherstellung im Hochgeschwindigkeits-3D-Druck-Verfahren (H3DLeder)

Problemstellung
Hersteller müssen bei steigendem Individualisierungsgrad mit neuen Produkten ihre Kunden überzeugen und sich schnell an Marktschwankungen anpassen. Dabei ist die additive Fertigung eine ergänzende Unternehmensstrategie zur Lösung dieser Herausforderungen. Innerhalb von Stunden stehen prototypische Modelle zur Design- und Konstruktionsüberprüfung zur Verfügung. Diese Fertigung soll nun die Direktherstellung von Kunstledererzeugnissen mit einem hohem Individualisierungsgrad im Musterbau und für die Kleinserie ermöglichen. Bisher wurden die Zuschnitte mit trennenden Fertigungsverfahren aus Rollenware hergestellt und vernäht, was intensive Umweltbelastungen und hohen Ressourcenbedarf verursachte.

Zielsetzung
Ziel des KMU-innovativ Projektes H3DLeder ist die ressourcenschonende Kunstlederherstellung im Hochgeschwindigkeits-3-D-Druck-Verfahren. Es werden Kunstledererzeugnisse im Schichtaufbau mit gedruckter Deckschicht samt Lederoptik und -haptik sowie mit einer additiv erzeugten Schaumschicht durch unterschiedliche Füllstrukturen auf Basis von Kunststoffgranulat entwickelt. Durch die Füllstruktur können definierte Härtegrade und lokale Verstärkungen direkt im Druck berücksichtigt werden. Dies erlaubt ein hohes Maß an Individualisierung und eine passgenaue endkonturnahe Umsetzung der Anforderungen des Konsumenten.

Vorgehensweise
Aufbauend auf eine Materialmodifikation wird die Granulatzuführung in Form eines miniaturisierten Dosiersystems entwickelt und ein hochpräzises Zuführungsmodul implementiert, um einen flexiblen Materialwechsel zu gewährleisten. Zur hochproduktiven und exakten Erzeugung der Deckschichten und Füllstrukturen wird eine abgestimmte Extrusions- und Mehrfachdüseneinheit erarbeitet. Der variable Materialaustrag erfolgt über eine axial verstellbare konische Schnecke. Um großflächige Bereiche wie auch feingliedrige Strukturen zu erzeugen, wird ein automatisches Mehrfachdüsensystem ausgelegt. Dazu werden verschiedene Düsenkombinationen implementiert. Abschließend erfolgt die Validierung der modifizierten Eigenschaften für bestimmte Anwendungen.

Ergebnisse und Anwendungspotentzial
Mit dem neu entwickelten additiven Hochgeschwindigkeits-3-D-Druck-Verfahren können hochindividualisierte Kunstledererzeugnisse endkonturnah erzeugt und komplette Zuschnittanlagen und Fügeprozesse in der Musterproduktion substituiert werden. Angestrebt ist eine Austragsleistung von 1 bis 5 kg/h. Es wird derzeit ein Marktanteil von 0,5 % der lederverarbeitenden Industrie im Inland anvisiert, was der Produktion von 200.000 m2 und 20 verkauften Drucksystemen entspricht. Die Ergebnisse finden in der Automobil- und Möbelbranche Anwendung und sind auf den Bahn-, Flugzeug- und Schiffbau übertragbar.

• Hunold + Knoop Kunststofftechnik GmbH
• Köstler GmbH
• Steinbeis Innovation gGmbH