BioME - Materialextrusion von biobasierten Kunststoffgranulaten mit der multi-axialen additiven Fertigung zur ressourcenschonenden Produktion von Anwendungen aus der Automobilindustrie

 

Der Einsatz von Additive Manufacturing (AM) hat zahlreiche Vorteile mit sich gebracht, wie verkürzte Time-to-Market Zyklen, hohe Produktinnovation und Individualisierung1. Die Anwendung von AM hat auch in der Automobilindustrie an Bedeutung gewonnen, da sie von der Prototypenherstellung auf Serienanwendungen übergeht und u.a. die gezielte Verwendung von gedruckten Werkzeugen ermöglicht. Aus der Sicht der Umwelt werden große Hoffnungen mit dem Einsatz des 3D-Drucks verbunden. Es wird erwartet, dass diese Technologie zukünftig zu einer ökologischen nachhaltigeren Produktion beiträgt, um Verbesserungen durch Materialeinsparungen, Abfallvermeidung und neue Recyclingtechniken zu ermöglichen. Der heutige 3D-Druck von Polymeren zeigt jedoch, dass häufig schlecht recycelbare Materialien verwendet werden und ein hoher Materialausnutzungsgrad aufgrund von Stützstrukturen nicht gewährt werden kann.

Im Forschungsvorhaben BioME geht es um die Materialextrusion von biobasierten Kunststoffgranulaten mittels eines 5-Achs-Bearbeitungszentrums in der additiven Fertigung zur Erhöhung des Materialausnutzungsgrads. Anhand eines Anwendungsbeispiels aus dem Werkzeugbau soll ein neues innovatives Produktionssystem zum Drucken von Polymeren von Werkzeugen und Equipment für den Automobilbau entwickelt werden. Hierzu ist zunächst das Extrusionskonzept von Kunststoffen zur Verarbeitung von Kunststoffgranulaten hin zu einem kontinuierlichen Austrag zum sukzessiven Aufbau eines Produktes zu erforschen. Die Extrusion von Kunststoffgranulaten bietet die Möglichkeit, die Prozesszeit durch die hohe Austragsrate deutlich zu erhöhen und die Vielzahl der zur Verfügung stehenden Spritzgussgranulaten zu verarbeiten. In diesem Projekt ist die gezielte Verwendung von biobasierten Kunststoffen beabsichtigt.Das Extrusionskonzept wird auf einem 5-Achs-Bearbeitungszentrum erarbeitet, um neben der Extrusion von Kunststoffgranulaten, eine Bahnplanungsstrategie zu entwerfen, die einen stützstrukturfreien Druck von Bauteilen anhand eines formelement-orientierten Fertigungsansatzes ermöglicht. Zuletzt werden Beispielbauteile aus dem Automobilbereich gedruckt und erprobt, um das Gesamtanlagensystem zu evaluieren. Der heutige Markt von additiven Fertigungsanlagen zeigt, dass es viele Systemspezialisierungen gibt, die z.B. zum kostengünstigen 3D-Druck (s. Ultimaker S5) oder 3D-Druck von hochvolumigen Bauteilen (s. BigRep One) ermöglichen.

Das Vorhaben BioME adressiert ein Gesamtanlagenkonzept, dass im Gegensatz zu bestehenden Lösungen nicht nur ein Defizit untersucht und verbessert, sondern ein umfassendes und konkurrenzfähiges Gesamtpaket für den Markt entwickelt. Das Konsortium bestehend aus Anlagenentwickler, Systemhersteller und Forschungseinrichtung sieht vor, einen Demonstrator der Anlage aufzubauen, um insbesondere das Extrusionskonzept und das Bahnplanungsmodell physisch zu untersuchen und in das Unternehmensportfolio der KMUs aufzunehmen. Das Projektziel lautet, das Potential einer nachhaltigen Produktion im Umgang mit Kunststoffen am Beispiel des automobilen Betriebsmittelbaus darzustellen.