Bikomponentenfilamente zur optimalen Nutzung von 3D-Druckern

Zielsetzung des Vorhabens war die Erforschung und Erprobung von Bikomponentenfilamenten hinsichtlich ihrer Eignung in 3D-Druck-Verfahren. Für das FFF-3D-Druckverfahren wurden Bikomponentenmonofilamente untersucht; für das SLS-Verfahren Möglichkeiten zur Pulverherstellung aus Flockfasern. Der Bikomponentenaufbau der Filamente erfüllt dabei verschiedene Funktionen z.B. die Erhöhung der Schichtenhaftung, die Reduzierung von Verzug (Warping), die Stabilisierung von Materialien mit niedriger Schmelzesteifigkeit sowie die Modifizierung von diverser Eigenschaften damit 3D-gedruckter Bauteile.

Bikompontentenmonofilamente, die aus zwei während des Drucks vollständig aufschmelzenden Compounds bestehen, eignen sich hervorragend für den 3D Druck, da ihr Querschnittsaufbau auch nach Passieren der Druckerdüse und im fertigen Druckobjekt erhalten bleibt. Durch Kombination wärmeformbeständiger Werkstoffe wie Polyamid 6 im Kern mit Werkstoffen mit guter Schichtenhaftung in der Hülle (Copolyamide) lassen sich wärmeformbeständige Objekte verzugsfrei drucken. Die Steifigkeit eines Filaments und damit seine Wärmeformbeständigkeit lässt sich durch entsprechende Strukturierung des Strangs noch steigern. Der Kern- Hülle-Aufbau ist auch geeignet, Filamente vor Feuchtigkeit zu schützen. Bei Filamenten, die zum Teil aus Bestandteilen bestehen, die während des Drucks nicht aufschmelzen, geht der Bikomponentenaufbau beim Passieren der Druckerdüse verloren. Die Durchmischung von Kern- und Mantelkomponente ist umso stärker, je höher der Füllgrad ist. Dennoch eignet sich ein niedrig gefülltes Filament, um den Verzug von Bauteilen zu verhindern und im Vergleich mit gefüllten einkomponentigen Filamenten Objekte mit besserer Schichtenhaftung zu erzeugen. Bei Filamenten mit hohen Füllgraden, wie z.B. festen Flammschutzmitteln (Exolit OP1400), geht der Kern-Hülle-Aufbau nahezu komplett verloren und die Schichtenhaftung bessert sich nur minimal.

Die Bikomponentenmonofilamente hatten einen Durchmesser zwischen 1,72 und 1,75 mm und ein Mantel-Kern- Flächenverhältnis von 30/70. Durch die Bikomponententechnologie ist es möglich, viele Eigenschaften von 3D- Druck-Filamenten zu verbessern; so lässt sich die Schichtenhaftung erhöhen, ohne auf ausreichende Wärmeformbeständigkeit verzichten zu müssen, das Verzugsverhalten optimieren und Materialien drucken, die sich aufgrund ihrer niedrigen Schmelzesteifigkeit ansonsten nicht zu Filamenten verarbeiten ließen.