13/11/2015

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EAH Jena: Forschungsverbundprojekt "HP3D" gestartet - Entwicklung einer Anlage zur generativen Teileerzeugung aus wahlfreien Kunststoffen

Mit einem ersten Arbeitstreffen startete gestern in Jena das Forschungsverbundprojekt "High Performance 3D-Druck bzw. HP3D": die Entwicklung einer hochproduktiven Anlage zur generativen Teileerzeugung aus wahlfreien Kunststoffen.

Flexible Fertigungssysteme zur Herstellung individualisierter Produkte werden langfristig die modernen Produktionsszenarien bestimmen. Dazu zählen auch Systeme zur additiven Fertigung (3D-Druck) mit ihrem Potenzial, klassische Zerspanungsverfahren zu substituieren. Sie ermöglichen die Herstellung von komplexen Geometrien mit individuellen Eigenschaften in kleinen Stückzahlen.

Dem Vorteil der außerordentlich hohen Flexibilität stehen jedoch noch verschiedene Nachteile gegenüber: Das Herstellen großer Bauteile erfordert kostenintensive Fertigungszeit und die dazu notwendigen, maschinenspezifischen Materialien sind in der Regel teuer und die Materialvielfalt an einsetzbaren Werkstoffen ist begrenzt im Vergleich zu den für die Serienfertigung üblichen Verfahren, wie z.B. dem Spritzguss. Für viele Anwendungen stehen additive Fertigungstechnologien daher nur eingeschränkt zur Verfügung. Um sie weiter in Richtung Additive Manufacturing (3D-Druck in Serie) zu qualifizieren und neuartige Fertigungsmöglichkeiten zu erschließen, bedarf es demnach ihrer konsequenten Weiterentwicklung unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Gesichtspunkte.

Dem widmet sich das Verbundprojekt "HP3D", das gestern mit dem ersten Treffen an der Ernst-Abbe-Hochschule (EAH) Jena startete. Im Projekt kooperieren die 3D Schilling GmbH, die Glamaco Engineering GmbH, die Granula Deutschland GmbH, die Mebitec Meerbuscher Informationstechnik GmbH, die Optris GmbH, die TU Ilmenau, das Fraunhofer Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF sowie die EAH Jena.

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer hochproduktiven Anlage zur Herstellung von Teilen aus beliebigen thermoplastischen Kunststoffen. Durch die Realisierung eines "echten" dreidimensionalen additiven Verfahrens soll es möglich werden, festigkeitsoptimierte Teile herzustellen bei gleichzeitiger Berücksichtigung von Leichtbau-Aspekten. Durch den Einsatz von Multimaterialsystemen, dem Einsatz von zusätzlichen Funktionselementen soll es gelingen, eine Vielzahl von spezifischen Anforderungen in das Kunststoffteil zu integrieren.

Erreicht werden soll dies durch die Kombination von Industrierobotern mit speziellen Druckköpfen zu einem Anlagensystem, um mit Standard-Kunststoff-Granulat in einem strangweisen Schichtaufbau 3D-Bauteile zu generieren. Dazu werden entwickelt: ein System zur Offline-Programmierung, um die CAD-Daten des Bauteiles in Bewegungsabläufe des Roboters umzusetzen, weiterhin verschiedene Systemkomponenten (modulare Extruder, Spannsysteme, Temperiereinheiten, Module zur lasergestützten Nachbearbeitung, Messsysteme zur Prozessüberwachung) sowie die Steuerung des Gesamtsystems zur Synchronisation der Handhabungseinheiten und Systemkomponenten.

Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens sollen für die Konstruktion und Herstellung von komplexen Kunststoff-Großteilen neue Möglichkeiten und Einsparpotenziale eröffnen. Das belegen den Angaben zufolge Potenzialabschätzungen, die auf Basis bestehender Vorarbeiten erfolgten. Eine Vielzahl neuer oder verbesserter Produkte können demnach in verschiedenen Marktsegmenten eingeführt werden durch neuartige Funktionsintegration (Leitbahnen, Dämpfungselemente, Federelemente), den Aufbau von komplexen Teilen mit beweglichen Einzelteilen sowie die Herstellung von massiven und großflächigen Kunststoffteilen ohne Treibmittel. Einsparungen ergeben sich bspw. aus dem Wegfall des aufwendigen Formen-/Werkzeugbaus (Stückkostensenkung bei Großteilen um 20 Prozent), durch eine erhöhte Produktivität bei erzielbaren Aufbauraten von > 2kg/h sowie die Realisierung von Leichtbaustrukturen (Verringerung Material- und Energieeinsatz um ca. 60 Prozent).

Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Programmes "Forschung für die Produktion von morgen", Themenfeld "Produktionsanlagen für Wachstumsmärkte" gefördert. Die Projektbetreuung erfolgt durch den Projektträger Karlsruhe (PTKA-PFT), Außenstelle Dresden.

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