HSS Material Network: Zukunftsweisende Materialien für den 3D-Druck qualifiziert

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Das im September 2021 gestartete HSS Material Network verbucht erste Erfolge in der Auftragsforschung im High Speed Sintering (HSS).

• Das im September 2021 gestartete HSS Material Network verbucht erste Erfolge in der Auftragsforschung im High Speed Sintering (HSS).

• Die Netzwerkpartner Voxeljet AG, Fraunhofer IPA und Universität Bayreuth haben für die additive Fertigung von 3D-Polymerbauteilen im HSS zukunftsweisende Materialen qualifiziert. Dazu gehören HDPE (High Density Polyethylen) und Iglidur i3 PL.

• Mit der Kooperation wollen die Netzwerkpartner die Entwicklung und Qualifizierung neuer Polymerwerkstoffe für die HSS-Technologie beschleunigen.

• Sie bieten Herstellern von Materialien sowie Diensteistern die Möglichkeit zur flexiblen, schnellen und effizienten Qualifizierung.

• Um das Portfolio an geprüften Materialien für das HSS zu vergrößern, sind interessierte Unternehmen willkommen, sich dem Netzwerk anzuschließen.

Unternehmen fehlen häufig der Zugang zu Know-how, Equipment sowie interdisziplinären Fähigkeiten und Ressourcen für die eigene Materialforschung und Technologieoptimierung. Das HSS Material Network schließt diese Lücke. Denn es bietet Unternehmen eine flexible und risikoarme Outsourcing-Option, das für ihre additiv gefertigte Anwendung beste Material einschließlich der geeigneten Prozessparameter zu identifizieren. „Mit der gebündelten Kompetenz und Expertise in unserem Netzwerk können wir Unternehmen jeder Größe bei ihren Projekten im Bereich der additiven Fertigung optimal unterstützen, angefangen von der ersten Eignungsprüfung, über eine spezifische Entwicklung und Parametrisierung bis hin zur Zertifizierung oder marktreifen Qualifizierung des Materials“, sagt Tobias Grün, Produktmanager bei Voxeljet.

Beschleunigte Entwicklung neuer Materialien

Die Kooperation bildete sich aus dem Campus Additive.Innovationen (CA.I) der Universität Bayreuth heraus. Daran ist auch das Fraunhofer‐Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA beteiligt. Der CA.I verfügt über mehr als 20 verschiedene additive Fertigungsanlagen, darunter eine VX200 HSS von voxeljet. „Alle Forschungsanlagen im CA.I verfügen über offene Soft- und Hardware-Schnittstellen und ermöglichen eine individuelle Einstellung aller Prozessparameter, eine freie Programmierung der Prozessschritte sowie hohe Skalierbarkeit. Solche Anlagen eignen sich ideal um Fertigungsprozess und Material aufeinander abzustimmen“, so Jan Kemnitzer, Gruppenleiter beim Fraunhofer IPA. Durch die Zusammenarbeit und den offenen Austausch der Netzwerkpartner kann das HSS Material Network die Entwicklung neuer Materialien beschleunigen. Unternehmen erhalten eine anwendungsorientierte Lösung, die speziell auf ihre Bedürfnisse abgestimmt ist. Sie liefert somit schnell erste Ergebnisse für eine potenzielle Qualifizierung. Weitere Pluspunkte sind die hohe Flexibilität in der Pulverauswahl und Optionen zur Skalierung für Produktionseinsätze verarbeitbarer Materialien.

HSS Material Network: Erfolgreicher „Proof of Concept“ für die Werkstoffe HDPE …

Das Netzwerk konnte nun zwei bedeutende „Proof of Concepts“ für die beiden Werkstoffe HDPE und Iglidur i3 PL erzielen. Das „Proof of Concept“ für HDPE erfolgte aus dem HDPE-Pulver DiaPow HDPE HX 11, das die Diamond Plastics GmbH für das Lasersintern entwickelt hat. HDPE ist ein Polyethylen mit hoher Dichte, wasserabweisender Wirkung und sehr guter Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Fetten. Anwendung findet es beispielsweise in der Herstellung von Produkten für die Lebensmittel- und Verpackungsindustrie. Die von der Projektgruppe Prozessinnovation des Fraunhofer IPA und dem Lehrstuhl Umweltgerechte Produktionstechnik der Universität Bayreuth durchgeführte Prozessfähigkeitsanalyse und erste Parametrisierung weist dem HDPE-Pulver eine sehr gute Verarbeitbarkeit im HSS nach.

Die Verarbeitung von HDPE via HSS bietet gegenüber anderen additiven Fertigungsverfahren, wie etwa laserbasierten Prozesstechnologien, einige Vorteile. Dazu gehören die geringere thermische Belastungen des Materials und Erhalt der bewährten mechanischen Eigenschaften von HDPE. Außerdem ist HDPE ein weitverbreiteter Massenkunststoff, der in der Herstellung wesentlich günstiger ist als PA12 oder PA11. Schließich sorgt die Herstellung von HDPE in Europa für sichere Lieferketten und -zeiten.

… und Iglidur i3 PL

Das zweite erfolgreiche „Proof of Concept“ betrifft das Material Iglidur i3. Die Igus GmbH hat das Kunststoffpulver speziell für die Fertigung von Gleitanwendungen und Zahnrädern via den additiven Fertigungsverfahren des Powder Bed Fusion of Polymer (PBF-P), beispielsweise dem Lasersintern (LS), entwickelt. Die Besonderheit von Iglidur i3 PL ist dabei die Additivierung des Pulvers mit Festschmierstoffen. Denn die daraus gefertigten Bauteile weisen eine sehr hohe Abriebfestigkeit und eine bis zu 30-fach höhere Verschleißfestigkeit als Bauteile aus anderen marktüblichen Kunststoffpulvern auf. Die von der Fraunhofer-Projektgruppe Prozessinnovation des Fraunhofer IPA und dem Lehrstuhl Umweltgerechte Produktionstechnik der Universität Bayreuth im Rahmen des „Proof of Concept“ im HSS gefertigten Gleitlager und Zahnräder weisen sehr gute tribologische und mechanische Eigenschaften auf. Diese machen eine weitere Optimierung des Polymerpulvers spezifisch für den HSS-Prozess sowie eine Vollqualifizierung durchaus interessant. Zudem besitzt HSS dank seiner Open-Source Konzeption die Möglichkeit, Bauteileigenschaften prozessseitig gezielt einzustellen.

Um das Portfolio an geprüften Materialien für das HSS und somit das Know-how zu vergrößern, sind interessierte Unternehmen willkommen, sich dem Netzwerk anzuschließen.

Bild oben: Im HSS aus HDPE gefertigte Flasche für Chemikalien: resistent gegen Chemikalien und Fette, häufig verwendet in der Verpackungsindustrie. Bildquelle: Fraunhofer IPA

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