Mikroverkapselte Additive machen Filamente für den 3D-Druck verfügbar

Individuell angepasste Materialien sind ein entscheidender Faktor für einen erfolgreichen 3D-Druck. Für den filamentbasierten 3D-Druck ist die Auswahl an Materialien bislang jedoch noch sehr gering. Das Kunststoff-Zentrum SKZ und das Fraunhofer IAP möchte dies durch den Zusatz von Additiven ändern. „Der Clou ist, dass wir auch mikroverkapselte Additive wie beispielsweise Schmierstoffe in Filamente einbringen werden. Das gedruckte Bauteil erhält somit eine neue Funktion: Es kann sich selbst schmieren“, erklärt Dr. Alexandra Latnikova, Spezialistin für Mikroverkapselung am Fraunhofer IAP. „Nicht jedes beliebige Additiv ist jedoch dafür geeignet, da filamentbasierte 3D-Drucktechniken ihre Grenzen haben“, so Latnikova.

Beim filamentbasierten 3D-Druck – kurz „Fused Layer Modeling“ (FLM) oder „Fused Filament Fabrication“ (FFF) – wird ein Kunststoffstrang, das Filament, in einem Hotend aufgeschmolzen, durch eine Düse gedrückt und in dünnen Schichten auf einer Bauplattform abgelegt. Das Filament besteht aus Kunststoff, der sich beim Erhitzen erweicht und erst in diesem Zustand die Düse passieren kann. „Genau an diesem Punkt liegt die Herausforderung, denn wenn Additive in das Filament eingearbeitet wurden, befinden sich darin Partikel, die verklumpen und zu Verstopfungen der Düse führen können. Die Düse ist also der limitierende Faktor. Wir werden in unseren umfangreichen Untersuchungen ermitteln, mit welchen Additiven 3D-Druck möglich ist“, erklärt Latnikova.

In einem ersten Schritt testet das Forscherteam systematisch, welche kommerziellen und selbst entwickelten Polymeradditive sich für die Herstellung von Filamenten und den Druckprozess grundsätzlich eignen. In einem zweiten Schritt werden die speziell entwickelten Mikrokapseln eingesetzt. Bei der Mikroverkapselung bringt das Fraunhofer IAP sein umfangreiches Know-how ein. Diese Technologie ermöglicht es, auch komplexere Additive herzustellen. Dafür umhüllen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Funktionsadditive mit einer dünnen Polymerwand. So können auch Flüssigkeiten wie Schmier-, Duft- und Farbstoffe oder auch Biozide in Kunststoffe eingebracht werden. Größe, thermische Stabilität und Oberflächeneigenschaften dieser Partikel sind maßgeschneidert.

Das Projekt adressiert vor allem Unternehmen, die Teil der Produktionskette für filamentbasierten 3D-Druck sind, also Mikroverkapsler, Hersteller und Distributeure von Kunststoffaditiven, Compoundeure, Hersteller von Anlagensystemen sowie Dienstleister im Bereich filamentbasierter 3D-Druck.