Materialinnovationen und hybride Lösungen

Referent:in: Alexander Dierle, HAW Offenburg

Zur Herstellung hybrider Spritzgussformen wird die Haftung verschiedener 3D-Druck-Filamente auf Metallmodu-len untersucht. Mit einem modifizierten FFF-Drucker und roboterbasierter Abzugsprüfung wird die Verbindung bewertet. PA12+CF15 zeigte die besten mechanischen Eigenschaften und haftet am besten in Kombination mit Metallkleber auf Polychloropren Basis. Zukünftig soll das Verfahren auf ein robotergestütztes Mehrachs-System übertragen und um einen mechanischen Haftungsmechanismus ergänzt werden, um temperaturbedingte Haft-kraftverluste auszugleichen.

Referent:in: Michael Anton, Stratasys Inc.

Schwerpunkte:

1. Vorstellung
2. Stratasys Technologie-Überblick
3. Neue Entwicklungen und Materialien 2025 - Technologien - Anwendungen - Software

Referent:in: Laura Römer, Laserinstitut Hochschule Mittweida

Technische Keramiken zeichnen sich durch herausragende mechanische, thermische und chemische Eigenschaften aus und finden daher in zahlreichen Industriebereichen, darunter die Automobilindustrie, Elektroindustrie und Medizintechnik, breite Anwendung. Mit der steigenden Nachfrage nach komplexen keramischen Bauteilen, deren Herstellung mit konventionellen Fertigungsverfahren zunehmend an technologische Grenzen stößt, rückt die additive Fertigung in den Fokus der Forschung. Zum derzeitigen Stand existieren mehrere additive Fertigungsverfahren, welche die Herstellung keramischer Bauteile mit hoher Designfreiheit ermöglichen. Die meisten dieser Verfahren, wie beispielsweise das Binder Jetting oder die Stereolithografie, erfordern jedoch einen zeitaufwendigen mehrstufi-gen Prozess mit nachgelagerter Sinterung zur Erzielung der gewünschten mechanischen Bauteileigenschaften. Das selektive Laserstrahlschmelzen (SLM) ermöglicht durch vollständiges Aufschmelzen des Ausgangsmaterials prinzipiell die direkte Herstellung keramischer Bauteile in einem einstufigen Prozess. Eine große Herausforderung stellen dabei im Prozess auftretende hohe Temperaturgradienten dar, welche zur Rissbildung und somit zur Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften der Bauteile führen. Ansätze zur Rissvermeidung aus der Literatur sind beispielsweise das starke Vorheizen des Materials, welches mit einer kostenintensiven Anlagentechnik einhergeht, oder die Verwendung eutektischer Stoffgemische zur Senkung der Schmelztemperatur. Insbesondere Untersuchungen zur Herstellung von Bauteilen aus reinem Aluminiumoxid (Al2O3) mittels SLM sind bisher begrenzt und stellen deshalb den Schwerpunkt der vorliegenden Arbeit dar. Die Prozessentwicklung für die direkte Herstellung von Al2O3-Bauteilen erfolgte mit dem Ziel, eine möglichst hohe Bauteildichte zu realisieren. Hierzu wurden zunächst geeignete Prozessparameter durch Einzel- und Mehrspurun-tersuchungen unter Verwendung von CO₂-Laserstrahlung ermittelt. Anschließend wurde der Einfluss des Energieeintrages, sowie verschiedener Scanstrategien auf die Rissbildung analysiert. Durch gezielte Optimierung der Pro-zessparameter gelang erfolgreich die Herstellung komplexer Bauteile aus Aluminiumoxid.

Referent:in: Robin Hassel-Schmidt, EAH Jena

Im Rahmen aktueller Untersuchungen wird ein additives Fertigungsverfahren zur schichtweisen Erzeugung von Formkörpern aus flüssigen Alkali-Silicat-Lösungen (Wassergläsern) erforscht. Durch gezielte, laserinduzierte Dehydratation soll eine selektive Verfestigung ermöglicht werden, wodurch ein 3D-Druckprozess auf Basis anorga-nischer, funktionalisierbarer Materialien realisierbar wird. Mittels CO2-Laserstrahlung (λ = 10,6 µm) und geeigneter Scankonzepte lassen sich homogen verfestigte Strukturen erzeugen; zugleich wurde die Abhängigkeit des Energiebedarfs vom Feststoffgehalt nachgewiesen. Aktuelle Herausforderungen betreffen die Auflösung, Maßhaltigkeit und Reproduzierbarkeit der Formkörper sowie unerwünschte Nebenreaktionen mit Umgebungs-CO2. Lösungsansätze umfassen die Entwicklung einer automatisierten Anlagentechnik sowie die Erprobung alternativer Laserwellenlängen im nahen Infrarot, um Präzision und Prozessstabilität zu verbessern. Der Ansatz verspricht kostengünstige, recyclingfähige und chemisch wie thermisch resistente Bauteile für neue Einsatzgebiete.

As part of ongoing research, an additive manufacturing process is being developed for the layer-by-layer fabrication of components from liquid alkali silicate solutions (water glass). Through selective, laser-induced dehydration, localized solidification is achieved, enabling a 3D printing process based on inorganic, functionalizable materials. Using CO2 laser radiation (λ = 10.6 µm) and suitable scanning strategies, homogeneously solidified structures can be produced; in addition, the energy demand has been shown to depend on the solid content of the material. Present limitations concern resolution, dimensional accuracy and reproducibility of printed parts, as well as undesired side reactions with atmospheric CO2. Proposed solutions include the development of automated system technology and the investigation of alternative laser wavelengths in the near-infrared range to improve precision and process stability. This approach offers the potential for cost-effective, recyclable, and chemically as well as thermally resistant components for a wide range of new applications.