Durch additive Fertigungsverfahren können Bauteile mit hoher Gestaltungsfreiheit, ausgehend von CAD-Daten, Schicht für Schicht aufgebaut werden und ermöglichen die Herstellung von individuellen Produkten in vergleichsweise kurzer Zeit unter geringem finanziellem Investitionsaufwand.
Ein erst seit Kurzem anlagentechnisch verfügbares Verfahren der additiven Fertigung ist das selektive Maskensintern (SMS). Schichtweise aufgebrachtes Kunststoffpulver wird mittels eines flächigen IR-Strahlers und einer je Schicht individuell bedruckten Maske selektiv aufgeschmolzen. Da zu dieser Fertigungstechnologie grundlegende Fragestellungen zu prozessrelevanten Materialeigenschaften, wie z. B. dem Energieeintrag in das Pulverbett oder dem Schmelzverhalten der Kunststoffe sowie Wechselwirkungen zwischen Material- und Prozessparametern sowie daraus resultierenden Bauteileigenschaften, noch unbeantwortet waren, wurden diese im Rahmen des durchgeführten Forschungsvorhabens untersucht. Neben dem kommerziell erhältlichen PA12-Pulver wurden Materialmodifikationen mit unterschiedlichen, spezifisch auf die IR-Strahler abgestimmten Absorberanteilen sowie Füllstoffarten eingesetzt. Aufbauend auf einer umfassenden Charakterisierung des Ausgangsmaterials, wurden Verarbeitungsversuche unter Variation wesentlicher Prozessparameter durchgeführt und Wirkzusammenhänge hergestellt. Neben der Simulation des thermischen Haushalts in der Maskensinteranlage sind die mechanischen Eigenschaften der gefertigten Bauteile in Abhängigkeit von der Bauteilorientierung im Bauraum sowie der Querschnittsfläche und -geometrie untersucht worden. Abschließend wurde die Verarbeitung gefüllter Materialsysteme zur Herstellung funktionalisierter SMS-Bauteile (Wärmeleitfähigkeit) betrachtet und realisiert.
rechts: Anschliff eines Probekörpers aus Polyamid 12 mit 40 Vol.-% Aluminiumgrieß (Quelle: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Kunststofftechnik)
Durch die Ableitung eines ersten Prozessmodells zum selektiven Maskensintern von Kunststoffen sind wichtige Grundlagen für eine Weiterentwicklung des Verfahrens sowie für weiterführende Untersuchungen pulver- und strahlbasierter additiver Fertigungsverfahren erarbeitet worden.
