Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer Methodik zur Bewertung des Haftungsverhaltens von Hart-Weich-Verbindungen bei additiv gefertigten Kunststoffbauteilen

Das Mehrkomponentenspritzgießen von Hart-Weich-Verbunden ist in der Industrie seit vielen Jahren etabliert. In den additiven Fertigungsverfahren jedoch haben sich Mehrkomponentenbauteile für technische Anwendungen noch nicht durchgesetzt. Tatsächlich eröffnet die Verarbeitung von mehreren Materialien innerhalb eines Bauteils in der additiven Fertigung komplett neue Freiheitsgrade und immense Innovationspotentiale im Design, der Teilegestaltung, der Funktionsintegration und der kosteneffizienten Produktion.

Für die Herstellung von additiv gefertigten Mehrkomponentenbauteilen bieten sich insbesondere die Verfahren Fused Despositon Modelling bzw. Fused Filament Fabrication (FDM/FFF) und Arburg Kunststoff Freiformen (AKF) an, die das Bauteil durch schichtweises Ablegen von Kunststoffsträngen auf einer Bauplattform entstehen lassen. Die Strangablegeverfahren haben die Marktführerschaft bzgl. der Anzahl verkaufter Maschinen eingenommen, stellen sowohl technisch als auch wirtschaftlich die am einfachsten umsetzbare Technologie zur Herstellung additiv gefertigter Mehrkomponentenbauteile dar und es ist bereits heute eine sehr große Auswahl an Materialien verfügbar.

Daher besteht ein dringender Handlungsbedarf im Bereich der Mehrkomponentenverarbeitung in der additiven Fertigung (FDM/FFF, AKF), insbesondere bei der Gestaltung des Verbundbereichs, der Fertigungsstrategie und Prozessführung sowie der Charakterisierung des Haftungsverhaltens. Die Projektergebnisse sowie die entwickelten Methoden sollen genau hier die noch nicht vorhandenen grundlegenden Erkenntnisse zur Herstellung serientauglicher Mehrkomponententeile mit reproduzierbaren Eigenschaften und Bauteilqualität liefern. Hierbei sollen vor allem KMU’s, aus welchen sich die FDM/FFF-Branche hauptsächlich zusammensetzt, am Projektende durch neue Erkenntnisse hinsichtlich reproduzierbarer Prüfmethoden, einer optimalen Materialauswahl, Bauteilauslegung und Baustrategie profitieren.

Ergebniszusammenfassung:

Die erzielten Forschungsergebnisse bildeten aus mehreren Gründen eine (ingenieur-) wissenschaftlich sowie wirtschaftlich zweckinduzierte Innovation für die Charakterisierung der Haftung zwischen verschiedenen Materialpaarungen bei Strangablegeverfahren. Aus wissenschaftlicher Sicht leisten die Forschungsaktivitäten einen erheblichen Mehrwert für das Verständnis der Verbundhaftung bei den Strangablegeverfahren. Des Weiteren ist der Schälprobekörper nach VDI 2019 für die Additiven Verfahren aufgrund der Forschungsaktivitäten validiert und kann für Gremiensitzungen herangezogen werden. Die Norm besitzt bereits eine breite Akzeptanz bei TPE Rohstoffherstellern und den Spritzgießern.

Aus wirtschaftlicher Sicht können die Ergebnisse der Haftungsuntersuchungen zu deutlichen Zeitersparnissen bei der konstruktiven und prozessseitigen Auslegung von gedruckten Mehrkomponentenbauteilen führen. Die geprüften Materialpaarungen spiegeln viele Anwendungen aus der Industrie wider, z. B. Bauteile mit integrierten Dichtlippen. Aufgrund der Ergebnisse ist es möglich, Kombinationen zu wählen, die eine Verbundhaftung hervorrufen. Materialpaarungen mit speziellen Eigenschaften an das Bauteil und deren Anwendungen sind heutzutage zur Selbstverständlichkeit geworden.

Diese systematischen und anwendungsorientierten Untersuchungen waren notwendig, um material- und prozessabhängige Einflüsse auf die Haftung bei Strangablegeverfahren aufzuzeigen.

Auch die bisher erzielten Ergebnisse hinsichtlich des Einflusses der Druckparameter auf die resultierende Haftung der Verbundpartner können folglich direkt in der Fertigung angewendet werden. Für die überwiegend KMU-geprägten Anwender aus der additiven Fertigung entstehen hierdurch keine zusätzlichen Kosten oder das Erfordernis weitere Forschungstätigkeiten durchzuführen.