Neues keramisch gestütztes Nachbehandlungsverfahren für leistungsfähigere 3D-Druck-Bauteile

SKZ und FGK erforschen einen neuen Ansatz zur Optimierung von FLM-Bauteilen

Die Additive Fertigung hat sich in den vergangenen Jahren als zentrale Schlüsseltechnologie in der industriellen Produktion entwickelt. Besonders das Fused Layer Modeling (FLM) zeichnet sich durch sehr niedrige Einstiegskosten und eine sehr breite Materialverfügbarkeit aus. Dennoch ist seine industrielle Nutzung im Vergleich zu anderen additiven Verfahren noch eingeschränkt: Typische Herausforderungen sind eine ausgeprägte Anisotropie und innere Fehlstellen, die zu reduzierten mechanischen Bauteileigenschaften führen.

Hier setzt das gemeinsame Forschungsprojekt „CerAM-Coating“ des Kunststoff-Zentrums SKZ und des Forschungsinstituts für Glas | Keramik (FGK) an. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung einer speziell ausgelegten, wasserbasierten und rheologisch optimierten keramischen Schlickermasse, die als formstabiles Stützgerüst während der thermischen Nachbehandlung additiv gefertigter Kunststoffbauteile dient.

Mehrstufiger Ansatz
Der Prozess basiert auf einem mehrstufigen Ansatz: Zunächst werden mittels FLM hergestellte Kunststoffbauteile vollständig mit dem Schlicker umhüllt. Nach der Trocknung bildet sich eine Beschichtung, die im weiteren Verlauf als formstabilisierende keramische Hülle wirkt.

Anschließend erfolgt eine thermische Nachbehandlung, bei der das Polymer gezielt aufgeschmolzen wird. Durch das Nachfließen des Materials werden Poren und Fehlstellen geschlossen sowie die einzelnen Schichten miteinander verschweißt, wodurch annähernd isotrope Eigenschaften erzielt werden. Gleichzeitig gewährleistet die keramische Beschichtung, dass Geometrie und Oberflächenqualität der Bauteile während des gesamten Prozesses erhalten bleiben.

Signifikante Steigerung der mechanischen Eigenschaften von FLM‑Bauteilen
Nach dem Abkühlen und der erneuten Erstarrung des Polymers wird die keramische Schicht entfernt, wodurch Bauteile mit erhöhter Dichte und verbesserter Isotropie resultieren. Insgesamt soll dieser innovative Ansatz eine signifikante Steigerung der mechanischen Eigenschaften von FLM‑Bauteilen ermöglichen und stellt somit einen entscheidenden Schritt hin zur Nutzung dieser Technologie für funktionale, hochbelastbare Anwendungen dar.

KMU im Fokus
Das Vorhaben richtet sich gezielt an kleine und mittelständische Unternehmen (KMU). Diese profitieren von einem vorwettbewerblichen Zugang zu den Forschungsergebnissen sowie von einer praxisnahen Entwicklung des Nachbehandlungsverfahrens. Dadurch eröffnen sich neue Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere durch die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und der Bauteilqualität von FLM Komponenten, wodurch ihr Einsatz als Funktionsbauteile deutlich erweitert wird.

Interessierte Unternehmen sind eingeladen, sich kostenfrei im projektbegleitenden Ausschuss zu engagieren. Sie erhalten die Möglichkeit, industrielle Anforderungen und eigene Anwendungsfälle aktiv einzubringen, die Entwicklung mitzugestalten und frühzeitig von den Ergebnissen sowie deren wirtschaftlichem Potenzial zu profitieren.

Weitere Informationen zur Additiven Fertigung

Das Projekt „CerAM-Coating“ (Projektnummer 01IF23527N) wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) gefördert.