Industrieller 3D-Druck durch Materialextrusion: Innovative Projekte der Universität Bayreuth mit und für Unternehmen

Das am häufigsten genutzte und kostengünstigste 3D-Druck-Verfahren ist die Materialextrusion. Hohen industriellen Anforderungen an die Qualität von Bauteilen und an eine zügige Fertigung wird sie aber oftmals nicht gerecht. Deshalb arbeitet ein ingenieurwissenschaftliches Team am Lehrstuhl für Umweltgerechte Produktionstechnik (LUP) der Universität Bayreuth gemeinsam mit Unternehmen an einer Optimierung dieses Verfahrens. Zwei vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Projekte werden schon bald zu innovativen, industriell realisierbaren Lösungen führen.

Bei der Materialextrusion wird ein erhitzter zähflüssiger Kunststoff unter hohem Druck aus einer Düse herausgepresst und anschließend weiterverarbeitet. Häufig wird die Qualität der auf diese Weise produzierten Bauteile gemindert, weil sich starke Schwingungen aus dem Extruder auf die Bauteile übertragen. Die Schwingungen lassen sich jedoch reduzieren, wenn die bewegte Masse des Extruders verringert wird. Dies geschieht am besten durch leichtbauoptimierte Werkstoffe und Strukturen. Hier setzt das Projekt „Lightweight Efficiency in Additive Manufacturing“ an. Gemeinsam entwickeln die Projektpartner einen Leichtbau-Extruder, der die Möglichkeit bietet, leichte und passgenaue Bauteile mit hoher Oberflächenqualität zu drucken.

Eine andere Strategie verfolgt das Projekt „Flexibler Extruder und industrietaugliche Steuerung“ in Kooperation mit der isepos GmbH. Es will die beiden wichtigsten Komponenten eines 3D-Druckers – den Extruder und die Steuerung – komplett neu entwickeln. Ein verfeinertes und industriell einsetzbares Steuerungssystem wird die Qualität der Bauteile erhöhen und deren präzise Reproduzierbarkeit gewährleisten. Zudem sollen neuartige Düsengeometrien und ein Düsenwechselsystem in den Extruder eingebaut werden, was die Fertigungszeiten bei gleichbleibender Bauteilqualität verkürzt.

n Kooperation mit Industrie und Mittelstand wollen wir die Weiterentwicklung des industriellen 3D-Drucks mit innovativen Ideen weiter vorantreiben. Unternehmen, die sich mit Problemen konfrontiert sehen, die sie aktuell noch nicht lösen können, sind jederzeit eingeladen, mit uns Kontakt aufzunehmen. Wir planen derzeit neue Forschungsprojekte zum 3D-Druck, und das Thema Materialextrusion wird dabei auch künftig eine gewichtige Rolle spielen“, sagt Dr.-Ing. Joachim Kleylein-Feuerstein, Projektleiter am Lehrstuhl für Umweltgerechte Produktionstechnik (LUP).

Gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) wurde der Anwenderleitfaden „Qualitätssicherung für das additive Fertigungsverfahren Materialextrusion in der Serienfertigung“ entwickelt. Um an konkreten Beispielen zu demonstrieren, wie hohe Anforderungen an die Bauteilqualität umgesetzt werden können, haben LUP und IPA eine neuartige Maschine für die Materialextrusion entwickelt. Ende Juli 2020 ging sie im Forschungs- und Anwendungszentrum 3D-Druck am LUP in Betrieb.

Am 25. August 2020 sind alle Interessierten zu einem kostenlosen Webinar eingeladen. „In dieser Online-Veranstaltung gehen wir insbesondere auf die oft unterschätzten industriellen Potenziale der Materialextrusion ein und beleuchten gleichzeitig die momentanen Herausforderungen dieser Technologie“, sagt Christian Bay, Arbeitsgruppenleiter am Lehrstuhl für Umweltgerechte Produktionstechnik (LUP). Unternehmen erhalten im Webinar neue Anregungen, wie sie diese Chancen durch neue Technologien für sich nutzen können.