Innovative Polymer-AM: Von Hochleistung bis Mikropräzision

Referent:in: Valentin Wiesner, Technologietransferzentrum Oberfranken

Die wirtschaftliche Fertigung von Spritzguss-Kleinserien wird durch hohe Werkzeugkosten erschwert. Additiv gefertigte Werkzeugeinsätze aus Photopolymeren bieten eine mögliche Lösung, können jedoch zu sprödes Materialverhalten aufweisen. Ziel der Studie ist es, die Bruchdehnung durch Beimischung elastischerer Harze zu erhöhen, ohne die Zugfestigkeit stark zu verringern. Getestet wurden Harzmischungen auf BASF-Basis mit Anycubic ABS-Like Pro2 und Loctite IND147. Die besten Ergebnisse lieferte Loctite mit 30 % Anteil: höhere Zugfestigkeit ((R_m ) ̅=70,20 MPa) und gesteigerte Bruchdehnung (A ̅=1,26 %). Alle Mischungen zeigten gute Verträglichkeit. Die Ergebnisse belegen die gezielte Optimierbarkeit mechanischer Eigenschaften durch Harzmischung.

The economical production of small series of injection moulded parts is hampered by high tooling costs. Additively manufactured tool inserts made of photopolymers offer a possible solution, but can exhibit brittle material behaviour. The aim of the study is to increase the elongation at break by adding more elastic resins without significantly reducing the tensile strength. Resin mixtures based on BASF were tested with Anycubic ABS-Like Pro2 and Loctite IND147. Loctite delivered the best results with a 30% share: higher tensile strength ((R_m ) ̅=70,20 MPa) and increased elongation at break (A ̅=1,26 %). All mixtures showed good compatibility. The results prove that mechanical properties can be specifically optimised through resin mixing.

Referent:in: Hagen Bankwitz, Hochschule Mittweida

Die additive Fertigung mittels Fused Layer Modeling (FLM) ermöglicht die Herstellung komplexer Polymerbauteile. Gleichzeitig sind diese Bauteile durch stark ausgeprägte anisotrope mechanische Eigenschaften limitiert, insbe-sondere durch geringe Festigkeiten in der Schichtrichtung (Z-Richtung). Ziel des Projekts ist die Entwicklung hybrider Strukturen durch die Kombination von FLM-gedrucktem Polycarbonat mit unidirektional ausgerichteten, kohlefaser-verstärkten thermoplastischen UD-Tapes. Durch die lastpfadorientierte Integration der Tapes sollen hochbelastete Bereiche gezielt verstärkt und Defizite in der Z-Richtung gezielt ausgeglichen werden. Zur Validierung werden expe-rimentelle Zug- und 3-Punkt-Biegeversuche durchgeführt. Parallel dazu erfolgt die numerische Modellierung mittels orthotroper FEM-Modelle unter Anwendung des Hashin-Versagenskriteriums in ANSYS ACP. Die Ergebnisse zeigen eine Verbesserung der Festigkeit und Steifigkeit, insbesondere in der Z-Richtung. Das Projekt unterstreicht das Po-tenzial hybrider Fertigungskonzepte zur gezielten mechanischen Optimierung additiv gefertigter Bauteile.

Additive manufacturing using Fused Layer Modeling (FLM) enables the production of complex polymer components. However, these parts are limited by pronounced anisotropic mechanical properties, particularly low strength in the build (Z) direction. The goal of this project is to develop hybrid structures by combining FLM-printed polycarbonate with unidirectionally oriented, carbon fiber-reinforced thermoplastic UD tapes. Through load-path-oriented integra-tion of the tapes, highly stressed areas are selectively reinforced, and deficiencies in the Z-direction are specifically compensated. For validation, experimental tensile and three-point bending tests are conducted. In parallel, numeri-cal modeling is performed using orthotropic finite element models applying the Hashin failure criterion in ANSYS ACP. The results show improvements in strength and stiffness, especially in the Z-direction. The project highlights the potential of hybrid manufacturing concepts for targeted mechanical optimization of additively manufactured components.

Referent:in: Maurice Hauffe, Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden

Wenn man über die Verarbeitung von Kunststoffen nachdenkt, muss man auch an das wachsende Problem der Mikroplastikverschmutzung denken. Zur Erfassung von Mikroplastik in der Umwelt existieren eine Vielzahl von Techniken zur Probenaufbereitung und Analyse. Was jedoch fehlt, sind standardisierte Kunststoffpartikel, wel-che zur Validierung dieser Methoden und zur Kalibrierung von Analysegeräten eingesetzt werden können und somit erst eine effektive Mikroplastikdetektion aus der Umwelt ermöglichen. Genau hier kann eine bekannte Methode zur Kunststoffverarbeitung ansetzen – der 3D-Druck. Die HTW Dresden hat aufbauend auf einem 3D-Drucksystem mit speziell angepassten Düsen, einen patentierten Mikroextrusionsprozess entwickelt, mit wel-chem es möglich ist, in ihrer Größe monodisperse und auch anzahlgenaue Kunststoffpartikel herzustellen. Diese Mikropartikel im Größenbereich von 150 bis 1000 μm können aus nahezu allen thermoplastischen Kunststoffen erzeugt und als Kalibrierstandards und Mikroplastik-Referenzpartikel eingesetzt werden.