Vernetzende Epoxidharz-Filamente für den FFF-Drucker sollen Bauteileigenschaften verbessern
Kombination thermoplastischer Verarbeitungsvorteile mit Leistungsfähigkeit duromerer Werkstoffe
Würzburg, 16.04.2025 (PresseBox) - Hochtemperaturthermoplaste führen im FFF-Druckverfahren aufgrund hoher Prozesstemperaturen und starker Temperaturgradienten häufig zu Problemen wie Warping, unzureichender Schichthaftung und Verzug. Eine vielversprechende Alternative mit vergleichbaren mechanischen Eigenschaften sind latent reaktive Filamente auf Epoxidharz-Basis. Diese innovativen Materialien ermöglichen eine Verarbeitung bei niedrigeren Temperaturen und vernetzen während des Druckprozesses zu duromeren Bauteilen. Dadurch lassen sich die Vorteile thermoplastischer Verarbeitung mit der hohen Leistungsfähigkeit duromerer Werkstoffe kombinieren.
Herausforderungen herkömmlicher hochtemperatur FFF-Druckmaterialien
Der Einsatz thermoplastischer Filamentmaterialien führt häufig zu Qualitätsproblemen bei gedruckten Bauteilen. Dies ist besonders dann der Fall, wenn Teile gedruckt werden, die im Einsatz hohen Temperaturen standhalten müssen. Häufig werden hierzu Hochleistungsthermoplaste (z. B. PEI, PEEK oder PPSU) verwendet, welche bei hohen Prozesstemperaturen gefertigt werden. Als direkte Folgen ergeben sich starke Temperaturgradienten zwischen Druckdüse und Bauteiloberfläche, hohe thermische Spannungen, ungenügende Schichthaftung, Warping sowie maßliche Abweichungen im gedruckten Bauteil durch Schwindung und Verzug.
Die neuen Epoxidharz-Filamente bieten hier eine innovative Lösungsansatz, indem die Formgebung bei niedrigeren Temperaturen erfolgt und die Vernetzung erst im Anschluss daran durchgeführt wird.
SKZ und Fraunhofer IFAM kooperieren im Forschungsprojekt "Reactive Printing"
Derzeit werden im zweijährigen IGF-Forschungsvorhaben "Reactive Printing" (Vorhabennummer: 01IF23147N) reaktive Epoxidharz-Filamente entwickelt und untersucht. Die latent reaktiven Epoxidharz-Filamente sollen sich bereits im Druckprozess vernetzen lassen und zu widerstandsfähigen Duromeren aushärten. Dazu bündeln die beiden Forschungsstellen, das Kunststoff-Zentrum SKZ in Würzburg und das Fraunhofer IFAM (Institut für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung) in Bremen, ihre Kompetenzen in der Entwicklung und Verarbeitung der neuartigen Filamente. Begleitet wird das Projekt durch Vertreter aus aktuell 25 Firmen.
Forschungsziele und Vorteile der neuen Filamente
Durch die Entwicklung von Epoxidharz-basierten Filamenten sollen die Herausforderungen der bisherigen FFF-Druckmaterialien gelöst werden. Die wichtigsten Vorteile sind:
• Verbesserte Schichthaftung: Reduzierte anisotrope Materialeigenschaften für homogenere Bauteile.
• Niedrigere Verarbeitungstemperaturen: Keine Notwendigkeit von Hochleistungsthermoplasten.
• Zugang zu duromeren Faserverbundbauteilen im FFF-Druckverfahren.
• Hybridbauteile realisierbar: Stoffschlüssige Verbindungen können direkt auf bestehende Baustrukturen unterschiedlicher Materialien gedruckt werden.
Lösungsweg
Zunächst finden die Harzformulierung, begleitenden Materialcharakterisierungen und die Herstellung der Filamente im Labormaßstab statt. Für die Versuche wird ein FFF-Drucker aufgebaut, der für die Charakterisierung der Druckeigenschaften und den Druck von Testbauteilen verwendet wird. Nach dem Projekt steht dieser als Demonstrator zur Verfügung. Zudem ist ein Upscaling geplant, indem eine Demonstratoranlage aufgebaut wird. Ergänzend werden numerische Berechnungen zum Aufschmelz- und Austragsverhalten vernetzbarer Formmassen sowie die Charakterisierung der Bauteileigenschaften durchgeführt. Zum Projektende erfolgt die Evaluierung der Prozesskette anhand von praxisnahen Bauteilen.
Firmenbeteiligung weiterhin möglich
Dieses Projekt mit der Fördernummer 01IF23147N wird vom 01.07.2024 bis 30.06.2026 durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Interessierte Unternehmen haben weiterhin die Möglichkeit, sich aktiv im projektbegleitenden Ausschuss zu engagieren.
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