Das im September 2021 gestartete HSS-Materialnetzwerk hat erste Erfolge im Bereich der Auftragsforschung für das Hochgeschwindigkeitssintern (HSS) erzielt. Die Netzwerkpartner voxeljet AG (NASDAQ:VJET), Fraunhofer IPA und die Universität Bayreuth arbeiten an der Qualifizierung zukunftsweisender Materialien für die additive Fertigung von Polymerteilen im HSS, darunter HDPE (High Density Polyethylen) und iglidur® i3 PL.
Die Zusammenarbeit im HSS-Materialnetzwerk zielt auf die beschleunigte Entwicklung und Qualifizierung neuer Polymerwerkstoffe für die HSS-Technologie und bietet Materialherstellern sowie Dienstleistern die Möglichkeit einer kostengünstigen Qualifizierung. Um das Portfolio an getesteten Werkstoffen für die HSS und damit das Know-how stetig zu erweitern, sind interessierte Unternehmen herzlich eingeladen, sich dem Netzwerk anzuschließen.
Oftmals fehlt den Unternehmen der Zugang zu prozessspezifischem Know-how, die apparative Ausstattung und die interdisziplinären Kompetenzen und Ressourcen, um eine eigene Materialforschung und Technologieoptimierung durchzuführen. Das HSS Material Network schließt diese Lücke. Es bietet Unternehmen eine flexible und risikoarme Outsourcing-Option, um das beste Material für ihre additiv gefertigte Anwendung zu identifizieren, einschließlich der passenden Prozessparameter. "Mit der gebündelten Kompetenz und Expertise in unserem Netzwerk können wir Unternehmen jeder Größe bei ihren additiven Fertigungsprojekten optimal unterstützen. Angefangen bei einer ersten Eignungsprüfung über die spezifische Entwicklung und Parametrierung bis hin zur Zertifizierung oder marktreifen Qualifizierung des Materials", sagt Tobias Grün, Produktmanager bei voxeljet.
Der Campus Additive.Innovations (CA.I) der Universität Bayreuth, an dem auch das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA beteiligt ist, ist ein inter- und transdisziplinärer Think Tank und arbeitet im HSS Material Network. Das CA.I verfügt über mehr als 20 verschiedene additive Fertigungssysteme, darunter ein VX200 HSS von voxeljet. "Alle Forschungssysteme im CA.I haben offene Soft- und Hardwareschnittstellen und ermöglichen die individuelle Einstellung aller Prozessparameter, die freie Programmierung der Prozessschritte und eine hohe Skalierbarkeit. Solche Systeme sind ideal für die Abstimmung von Fertigungsprozess und Material", sagt Jan Kemnitzer, Gruppenleiter am Fraunhofer IPA. Durch die Zusammenarbeit und den offenen Austausch der Netzwerkpartner kann das HSS Material Network die Entwicklung neuer Werkstoffe effektiv beschleunigen. Die Unternehmen erhalten eine anwendungsorientierte Lösung, die speziell auf ihre Bedürfnisse zugeschnitten ist und schnell erste Ergebnisse für eine mögliche Qualifizierung liefert. Weitere Vorteile sind die hohe Flexibilität bei der Pulverauswahl und die Möglichkeiten des Scale-up für Produktionsanwendungen von verarbeitbaren Materialien.
Erfolgreicher Proof of Concept für die Werkstoffe HDPE ...
Nach umfangreichen Forschungen hat das Netzwerk nun zwei bedeutende "proofs of concepts" für die beiden Werkstoffe HDPE und iglidur® i3 PL erreicht. Der Proof of Concept für HDPE wurde mit dem HDPE-Pulver DiaPow HDPE HX 11 erbracht, das die Diamond Plastics GmbH für das Lasersintern entwickelt hat. HDPE ist ein hochdichtes Polyethylen mit wasserabweisenden Eigenschaften und sehr guter Beständigkeit gegen Chemikalien und Fette. Es wird zum Beispiel bei der Herstellung von Produkten für die Lebensmittel- und Verpackungsindustrie eingesetzt. Die von der Projektgruppe Prozessinnovation des Fraunhofer IPA und dem Lehrstuhl für Umweltgerechte Produktionstechnik der Universität Bayreuth durchgeführte Prozessfähigkeitsanalyse und erste Parametrisierung zeigen, dass das HDPE-Pulver eine sehr gute Verarbeitbarkeit im HSS aufweist. Die Verarbeitung von HDPE mittels HSS bietet gegenüber anderen additiven Fertigungsverfahren, wie z.B. laserbasierten Prozesstechnologien, mehrere Vorteile, u.a. eine geringere thermische Belastung des Materials und den Erhalt der bewährten mechanischen Eigenschaften von HDPE. Darüber hinaus ist HDPE ein weit verbreiteter Standardkunststoff, der in der Herstellung wesentlich kostengünstiger ist als PA12 oder PA11. Schließlich gewährleistet die Herstellung von HDPE in Europa sichere Lieferketten und -zeiten.
.. und iglidur® i3 PL
Der zweite erfolgreiche Proof of Concept bezieht sich auf den Werkstoff iglidur® i3. Die igus® GmbH hat das Kunststoffpulver speziell für die Herstellung von Gleitanwendungen und Zahnrädern über die additiven Fertigungsverfahren der Pulverbettfusion von Polymeren (PBF-P), zum Beispiel das Lasersintern (SLS), entwickelt. Die Besonderheit von iglidur® i3 PL ist die Additivierung des Pulvers mit Festschmierstoffen. Die daraus hergestellten Teile weisen eine sehr hohe Abriebfestigkeit und eine bis zu 30-fach höhere Verschleißfestigkeit auf als Teile aus anderen handelsüblichen Kunststoffpulvern. Die von der Fraunhofer-Projektgruppe Prozessinnovation des Fraunhofer IPA und dem Lehrstuhl für Umweltgerechte Produktionstechnik der Universität Bayreuth im Rahmen des Proof of Concept in HSS hergestellten Gleitlager und Zahnräder weisen sehr gute tribologische und mechanische Eigenschaften auf, die eine weitere Optimierung des Polymerpulvers speziell für den HSS-Prozess und eine vollständige Qualifizierung interessant machen. Darüber hinaus hat HSS durch sein Open-Source-Konzept die Möglichkeit, Bauteileigenschaften prozessseitig gezielt einzustellen.
Um das Portfolio an geprüften Werkstoffen für das HSS-Verfahren und damit auch das Know-how stetig zu erweitern, sind interessierte Unternehmen herzlich eingeladen, sich dem Netzwerk anzuschließen.
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