Mit Laserlicht 24.02.2015, 10:24 Uhr

3D-Serienproduktion: Fertige Bauteile am laufenden Band

Bremer Forscher haben einen kontinuierlichen Herstellungsprozess für Produkte entwickelt, die aus flüssigem Kunststoff aufgebaut werden. Laserlicht härtet Schicht für Schicht. Damit ist eine kostengünstige Serienproduktion möglich.

Eine große Walze und Halbleiterlaser ermöglichen eine kontinuierliche Fertigung nach dem Schichtbauprinzip für Kunststoffe.

Eine große Walze und Halbleiterlaser ermöglichen eine kontinuierliche Fertigung nach dem Schichtbauprinzip für Kunststoffe.

Foto: Thorsten Müller/ Fraunhofer IFAM

Schalen von Hörgeräten werden heute oft in 3D-Druckern hergestellt, Zahnspangen und zahlreiche andere Kleinteile aus Kunststoff auch. Wenn ein Bauteil fertig ist muss es vorsichtig aus dem Bauraum entfernt werden, wie Experten es ausdrücken. Dann wird er für die Herstellung des nächsten Bauteils vorbereitet. Diese diskontinuierliche Fertigung ist zeitaufwändig.

Damit es flotter geht haben Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) in Bremen einen Drucker entwickelt, der kontinuierlich arbeitet. Damit ist er für eine Serienproduktion geeignet.

Beim 3D-Druck wird feines Metall- oder Kunststoffpulver auf eine Unterlage gestreut. Ein Laser härtet die Stellen, die stehen bleiben sollen, also zum späteren Bauteil gehören. Das wiederholt sich Schicht für Schicht, bis das Bauteil fertig ist und entnommen werden kann.

Aufbau auf einer großen Walze

Die Bremer Wissenschaftler arbeiten mit einer großen Walze, die schrittweise gedreht wird. Sie taucht in ein Bad aus flüssigem Kunststoff ein. Eine dünne Schicht bleibt auf der Oberfläche kleben. Mehrere Lichtquellen härten, wie beim 3D-Druck mit Pulver, die Stellen, die stehen bleiben sollen. Bei jedem Drehschritt werden mehrere Bauteile hergestellt, die nebeneinander angeordnet sind. Das geschieht Sektor für Sektor.

Nach mehreren Drehschritten tauchen die Bauteile, deren Druck zuerst begonnen hat, wieder ins Kunststoffbad ein. Die Lichtquellen härten dann die zweite Schicht. Sie entfernen sich entsprechend dem Wachstum der Bauteile von der Walzenoberfläche. Fertige Bauteile werden automatisiert von der Walze getrennt, sodass dort neue Bauteile wachsen können.

Laufend verlassen komplette Bauteile die Produktionsstraße, sodass die Arbeitsabläufe verstetigt und somit verbessert werden. Flüssigkunststoff, der sich noch in Hohlräumen befindet, tropft einfach heraus. In Tests hat das schon funktioniert. „Wir haben schon kleine Zahlräder und Würfel hergestellt“, sagt Juan Isaza, wissenschaftlicher Mitarbeiter am IFAM.

Kostengünstige individuelle Massenfertigung

Der Ansatz der IFAM-Forscher gehe in Richtung einer kostengünstigen individuellen Massenfertigung, verlautet aus dem Institut. Weil die Lichtquellen, bei denen es sich um Halbleiterlaser handelt, von einem Computer entsprechend den Bauplänen gesteuert werden, können gleichzeitig unterschiedliche Produkte hergestellt werden.

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