3D-Drucker verarbeitet marktübliche Kunststoffgranulate

Starfort

Handelsübliche Granulate von Hochleistungskunststoffen wie PEEK, PPS, PSU, sowie PA und PC verarbeitet ein neues additives Verfahren von Starfort aus Brixen in Südtirol. Daneben bringt der 3D-Drucker im Strangschichtverfahren auch Granulate mit Glas- oder Kohlenstofffasern in Form. Durch die Direktverarbeitung von Granulat entfällt der energie- und kostenaufwändige Umweg über Filamente.

Radiale Extruderschnecke

Herzstück des Verfahrens ist der Druckkopf, in dem das Granulat aufgeschmolzen und im Strang extrudiert wird. Um den Kunststoffausstoß gleichmäßig und exakt dosieren zu können, hat Firmen- und Patentinhaber Moritz Stubenruss eine mechanische Lösung entwickelt: In dem topfförmigen Schmelztiegel rotiert eine Metallscheibe, die durch Federkraft zum Topfboden gedrückt wird. Clou ist eine schneckenartige Struktur, welche in die Unterseite der rotierenden Scheibe eingebracht ist. Denn durch diese Struktur wird der geschmolzene Kunststoff schon zum Strang vorgeformt, während ihn die Drehung und der Federdruck in Richtung der Düse vorschieben. Dabei ist der Durchmesser der Scheibe deutlich kleiner dimensioniert, als der Innendurchmesser des Schmelztiegels. Der Kunststoff kann so seitlich nachrücken, ehe ihn die drehende Schnecke erfasst und zur Düse hin fördert. Zugleich ergibt sich so ein Rühreffekt, der den geschmolzenen Kunststoff in ständiger Bewegung und Durchmischung hält.
 

Noch ein Laboraufbau

Da sich der Druck beim Drehen der Scheibe unabhängig von der Viskosität und dem gewünschtem Kunststoffausstoß selbst reguliert, kommt die Extrusion aus dem patentierten Druckkopf ohne digitale Steuerung aus. Digital ist lediglich die 3-Achs-Steuerung des Weges über eine momentan 50 x 50 cm große Grundplatte, auf der sich bis zu 50 cm hohe Teile drucken lassen. Kunststoffwechsel sind unproblematisch: Es genügt, den modularen Druckkopf auszutauschen. Der Restkunststoff kann jeweils im Kopf bleiben. Um luft- und feuchtigkeitsempfindliche Kunststoffe wie PC zu verarbeiten, kann der Druckkopf zudem mit Argon befüllt werden.

Die Druckfeder wird im Prozess per Schrittmotor vorgespannt. Erreicht der extrudierte Kunststoffstrang das Ende seiner Spur, dann dreht sich die Scheibe bei entspannter Feder kurz rückwärts und saugt das überflüssige Schmelzgut ein. Ein Nacharbeiten der ausgedruckten Teile von Hand und nachträgliches Entfernung von Kunststofffäden ist nicht nötig.
 

Schnell und sparsam

Gerade beim Verarbeiten faserverstärkter Kunststoffe, in denen die Fasern die ausgedruckten Stränge zusätzlich stabilisieren, lassen sich hohe Aufbaugeschwindigkeiten erzielen. Bei 2 mm Düsendurchmesser und 0,25 mm Stranghöhe sind komplexe Karbonbauteile, die den 50x50x50 cm großen Bauraum weitgehend ausfüllen, in zwei bis vier Stunden gedruckt. Ist weniger Präzision gefragt, sind laut Starfort auch deutlich größere Düsendurchmesser von über 5 mm machbar. Damit erreicht der 3D-Druck schon ab Losgröße 1 hohe Arbeitsgeschwindigkeiten, die sich erste Kunden bereits in Serienprozessen zunutze machen. Ein weiterer Vorteil: Im kleinen Schmelztiegel des Druckkopfes wird jeweils nur so viel Granulat geschmolzen, wie tatsächlich benötigt. Das spart gegenüber Spritzgussprozessen Material und Energie, die zum Aufheizen und Abkühlen der Gussformen eingesetzt werden muss.

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