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Kunststoffe werden mit Hilfe verschiedenster Verfahren verarbeitet: Aus Granulaten werden mittels Spritzguss- und Extrusionverfahren Bauteile und Halbzeuge. Temperatur, Druck und Scherung pressen die Kunststoffschmelze in Werkzeuge. Oberflächen werden perfekt abgeformt. Bei Verfahren zur Verarbeitung von Kunststoffpulvern hingegen muss der Anwender auf all das verzichten – kein Druck, keine Scherung, noch nicht einmal ein Werkzeug. Warum tut man sich das an?
Zumal die Herstellung von Kunststoffpulvern technisch und energetisch aufwendig ist. Technische Kunststoffe werden unter Tiefkälte mechanisch zerkleinert. An den kleinen leichten Partikeln werden zwischenmolekulare Bindungskräfte oder Elektrostatik derart dominant, dass sie deren Handhabung behindern. Selbst wenn die Zerkleinerung geglückt ist, bleiben Probleme. Der fehlende Druck bei der Verarbeitung erfordert eine gegenüber dem Spritzguss veränderte Rheologie der Schmelze; die Polymerpulver sollen zu einem dünnen, dichten Film versintern, aber bitte bei vollem Molekulargewicht, um die mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Oft sind es dann die Oberflächenspannungen, welche die Entwicklung stoppen – die Partikel möchten nicht zueinander finden. Doch wenn all das beherrscht wird, entstehen sehr interessante Produkte und Anwendungen, wie die nachfolgenden Beispiele zeigen.

Klassische Pulverbeschichtung

Pulverbeschichtungsverfahren entstanden in den 1950er Jahren. Thermoplastische Pulver waren dabei die ersten Materialien. Schnell haben sich aber Duroplaste für diese Anwendung durchgesetzt, da kaum Möglichkeiten zur Modifikation der Thermoplaste existierten. Dementsprechend ist das heutige Angebot thermoplastischer Pulverbeschichtungen von Traditionen geprägt: Unmodifizierte Polyamide finden auch heute noch für den schweren Korrosionsschutz als Pulverbeschichtungswerkstoffe Anwendung – dabei können Thermoplaste heute so viel mehr.
Das elektrostatische Beschichten bietet die Möglichkeit, diese Werkstoffe in wenigen Mikrometer Dicke auf Metall zu applizieren. Im Gegensatz zu duroplastischen KTL-Beschichtungen sind sie abriebbeständiger (aufgrund ihrer kristallinen Morphologie) und deutlich korrosionsbeständiger (mindestens 2.000 Stunden im Salzsprühnebeltest). Die Selbstschmierung durch inkorporierte PTFE-Partikel ermöglicht es im Gleitsystem auf Schmierung zu verzichten. Die Beschichtung findet unter der Bezeichnung Luvocom P 80-7858 B daher Anwendungen an diversen kinematischen Automobilbauteilen.

Ungeahnte Möglichkeiten – Lasersintern mit TPU

Additive Fertigungsverfahren – umgangssprachlich als 3D-Drucken bezeichnet – werden derzeit sehr stark nachgefragt. In Kombination mit neuster Designsoftware, 3D-Scantechnologien und Webshop-Lösungen lassen sich mit Ihnen neue Geschäftsmodelle für Fashion, Design und Mass Customization von Konsumgütern entwickeln. Besondere Bedeutung hat das selektive Lasersintern (SLS), bei dem thermoplastische Kunststoffpulver mit einem Laser Schicht für Schicht selektiv aufgeschmolzen werden. Die Schichten versintern dabei auch untereinander, so dass Bauteile mit hoher Festigkeit in Baurichtung entstehen. Nur mit diesem Verfahren können belastbare Funktionsbauteile unmittelbar aus einer technischen Zeichnung heraus ausgedruckt und dann auch in großer Stückzahl (aber jedes Stück verschieden!) kostengünstig gefertigt werden. Allerdings ist die Materialauswahl stark begrenzt – lediglich Polyamid arbeitet so zuverlässig, dass es sich für die industrielle Produktion via SLS eignet.
Jedes neue Material eröffnet neue Anwendungsfelder und Märkte. Dies zeigt sich am Beispiel von thermoplastischen Polyurethan (TPU). Das von Lehmann & Voss angebotene Desmosint T X92A-1 auf Basis von TPU ermöglicht die Herstellung reiß- und abriebfester, flexibler Bauteile mit komplexen Strukturen – wenn es sein muss über Nacht! Maßgedruckte Kleider und Schuhe, pneumatische Strukturen, individuell gedruckte Orthopädietechnik.

Über den Autor

Dr. Marcus Rechberger, Lehmann & Voss, Hamburg,