Inline-UV-curing: Qualitätssteigerung von FFF-3D-Druck-Teilen
Projektleiter: Patrick Rhein
Projektnummer: 49VF210009
Laufzeit: 01.08.2021 – 31.01.2024
Aufgabenstellung
Ziel des Projekts „FilaCure“ war die Entwicklung UV-vernetzbarer Filamente für den 3D-Druck (FFF/FDM), um Festigkeitseinbußen in Z-Richtung sowie geringe Wärmeformbeständigkeit zu kompensieren. Durch die Integration von UV-reaktiven Additiven wie Urethanacrylaten und geeigneten UV-Initiatoren sollten thermoplastische Kunststoffe wie PLA, PA, PP und PBT verbessert werden.
Neben der Materialentwicklung war der Umbau handelsüblicher Drucksysteme geplant, um eine UV-Belichtung direkt während des Drucks oder unmittelbar danach zu ermöglichen. Zusätzlich wurde das Konzept zweikomponentiger Kern-Mantel-Filamente verfolgt.
Ergebnisse
Das Projekt erzielte trotz technischer Herausforderungen wichtige Fortschritte:
- Es konnten thermisch stabile Additiv-Kombinationen (z. B. Esacure 1001 M) identifiziert und mit PLA erfolgreich compoundiert werden.
- Einkomponentige Filamente wurden erfolgreich auf industriellen Extrusionsanlagen hergestellt, zweikomponentige Varianten blieben in der Druckbarkeit problematisch.
- Die geplante Inline-UV-Vernetzung am Druckkopf konnte technisch nicht umgesetzt werden; stattdessen erfolgte die Nachvernetzung in einer externen UV-Kammer.
- Mechanische Tests zeigten eine signifikante Steigerung von Zugfestigkeit und E-Modul (bis zu +17 %) bei belichteten Probekörpern.
- Ein synthetisiertes, verzweigtes PLA mit UV-aktiven Endgruppen zeigte zusätzliches Potenzial zur Festigkeitssteigerung.
Anwendung
Die Projektergebnisse ermöglichen mittelständischen Unternehmen, funktionale Bauteile mit verbesserten Eigenschaften kostengünstig auf offenen 3D-Druckern zu fertigen. Die entwickelten UV-vernetzbaren Materialien bieten Potenzial für Anwendungen im Prototypenbau und in der Automobilindustrie. Durch Nachvernetzung lassen sich Eigenschaften wie Festigkeit, Chemikalienresistenz und Wärmeformbeständigkeit gezielt verbessern.
Eine wirtschaftliche Nutzung ist über Technologietransfer, Lizenzvergabe und Kooperation mit der Industrie vorgesehen. Weitere Forschung soll die Inline-Vernetzung sowie zusätzliche Materialkombinationen untersuchen.
