Forschungsprojekt: Additivierte Kunststoffpulver für den 3D-Druck

Im Forschungsprojekt „capSLS“, initiiert von SKZ und dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP im März 2024, soll die Palette an Pulvermaterialien für den 3D-Druck durch gekapselte Additive erweitert werden. Denn bislang ist die Auswahl geeigneter Materialien in diesem Bereich noch stark begrenzt. Insbesondere im pulverbasierten 3D-Druck, dem Selektiven Lasersintern (SLS), stellt die Auswahl passender Materialien eine Herausforderung dar. Die Herausforderung ist, die Additive in das Pulver so einzuarbeiten, dass die Verarbeitbarkeit der Kunststoffpulver nicht beeinträchtigt ist.

„Genau an diesem Punkt liegt die Herausforderung, denn wenn Additive in das Pulver(korn) eingearbeitet werden, verändern sie die Schüttgutcharakteristik sowie das Gesamteigenschaftsprofil, sodass oftmals die Verarbeitung unmöglich gemacht wird. Wir werden in unseren umfangreichen Untersuchungen ermitteln, welche Additive auf welche Art und Weise eingearbeitet werden können. In diesem Rahmen sollen auch zwei innovative Pulverherstellungsverfahren entwickelt werden.“
Patrick Limbach, Materialentwickler am SKZ

Durch systematische Tests und die Anwendung von Mikroverkapselungstechnologien untersuchen die Forschenden, wie die Eigenschaften der Materialien verbessert werden können. Bei der Mikroverkapselung bringt das Fraunhofer IAP sein umfangreiches Knowhow ein. Diese Technologie ermöglicht es, auch komplexere Additive herzustellen. Dafür umhüllen die Wissenschaftler Funktionsadditive mit einer dünnen Polymerwand. So können auch Flüssigkeiten wie Schmier-, Duft- und Farbstoffe oder auch Biozide in Kunststoffe eingebracht werden. Größe, thermische Stabilität und Oberflächeneigenschaften dieser Partikel werden maßgeschneidert.

„Wir verleihen den Materialien viele smarte Funktionen. Beispielsweise können mikroverkapselte Farbstoffe Defekte gedruckter Bauteile anzeigen, da bei einer Schädigung der Kapseln im Werkstoff Farbe austritt. Auch die Einkapselung von Flammschutzmitteln würde ein großes Anwendungsgebiet eröffnen. In einem Vorgängerprojekt haben wir bereits erfolgreich gezeigt, dass mikroverkapselte Schmierstoffe Spritzguss- und FLM-gedruckten Bauteilen selbstschmierende Eigenschaften verleihen. Dadurch kann der Materialverschleiß, der normalerweise durch Reibung an Bauteilen entsteht, um bis zu 85 Prozent reduziert werden. Diese Ergebnisse übertragen wir nun auf den Pulver-3D-Druck.“
Patrick Limbach, Materialentwickler am SKZ

Mit der Forschung möchte der Projektverbund die Innovationskraft des deutschen Mittelstandes auf dem Feld der Materialentwicklung für die additive Fertigung stärken. Interessierte Unernehmen sind eingeladen, dem projektbegleitenden Ausschuss beizutreten, Anregungen und Ideen einzubringen und von den Ergebnissen zu partizipieren. Das Projekt adressiert vor allem Unternehmen, die Teil der Produktionskette für pulverbasierten 3D-Druck sind, also Mikroverkapseler, Hersteller und Distributeure von Kunststoffaditiven, Compoundeure, Hersteller von Anlagensystemen sowie Dienstleister im Bereich pulverbasierter 3D-Druck.

Bild oben: REM-Aufnahme eines Kunststoff/Mikrokapsel-Komposits. (Quelle: SKZ)

Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung