3D-Druck: Verschlussdüse für Kunststoffschäume

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Ein Forschungsteam vom Zentrum für Additive Produktion (ZAP) am Fraunhofer IPA hat eine Verschlussdüse entwickelt, die den Materialfluss dünnflüssiger oder aufschäumbarer Kunststoffe mit einer minimalen Dichte von 80 kg/m3 an vorgegebenen Stellen automatisch unterbricht.

Produziert Bauteile von bisher unerreichter Qualität: Prototyp einer Verschlussdüse für 3D-Drucker. (Quelle: Fraunhofer IPA/Foto: Jonas Fischer)

Die neue Verschlussdüse löst ein ärgerliches Problem bei Fahrten ohne Materialaustrag. Bisher floss hier ungewollt flüssiges Material aus der Düse, so dass die Bauteile später von Hand subtraktiv nachbearbeitet werden mussten und mehr Material verbraucht wurde als eigentlich nötig gewesen wäre.

Der Extrudermotor befördert das Filament aus Kunststoff zur Düse, die durch einen Federmechanismus verschlossen ist. Kurz oberhalb der Düse passiert das Filament ein Heizelement. Der Kunststoff schmilzt, wird flüssig und sammelt sich in einem Hohlraum innerhalb der Düse. Ab einem gewissen Innendruck drückt die Schmelze eine Hohlnadel, durch die das Filament zuvor selbst befördert wurde, und somit die Feder nach oben. Die Düse öffnet sich und der Kunststoff fließt aus ihr. Gestoppt wird der Materialfluss, indem die Fördereinheit kein Material mehr in Richtung Heizelement befördert.

„Der restliche aufgeschmolzene Kunststoff in der Düse wird noch verdruckt. Der Hohlraum entleert sich, der Druck nimmt ab, die Feder schiebt die Hohlnadel wieder nach unten und verschließt so die Öffnung der Düse.“
Jonas Fischer, Fraunhofer IAP

Bisher haben die Forscherinnen und Forscher ausschließlich Schäume mit sehr geringer Dichte, die das Fraunhofer ICT zuvor entwickelt hatte, mit ihrer Verschlussdüse verdruckt. Denkbar wäre, dass mit diesen Schäumen in naher Zukunft beispielsweise Unterkonstruktionen für Sitzmöbel, Isolierungen, Verpackungen oder Leichtbaustrukturen additiv gefertigt werden.

Die Verschlussdüse wird auf der Formnext in Frankfurt am Main gezeigt: Halle 11.0, Stand D51

Am Forschungsprojekt Bioxxprint – der Bio-Schaum-Drucker für gradierte Strukturen“, in dem die Verschlussdüse für 3D-Drucker entstanden ist, war neben dem Fraunhofer IPA und dem Fraunhofer ICT noch der Möbelfabrikant Rolf Benz beteiligt. Die Projektkoordination übernahm das Institut für Holztechnologie. Das Forschungsprojekt war auf zwei Jahre angelegt und lief im August 2022 aus. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung förderte es mit 250 000 Euro.

Bild oben: Produziert Bauteile von bisher unerreichter Qualität: Prototyp einer Verschlussdüse für 3D-Drucker. (Quelle:Fraunhofer IPA/Foto: Jonas Fischer)

Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung, 3D Druck

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