Ziel der Entwicklung
Die Bedeutung des 3D-Drucks mit Metall und Kunststoff gewinnt für Hersteller der deutschen Maschinenbau-Branche immer mehr an Bedeutung. Häufig nutzen Unternehmen Kunststoff-3D-Druck als Einstieg in die Welt der additiven Fertigung. Immer häufiger gehen diese Unternehmen in weiterer Folge zu Metall-3D-Druck über. Die Nachfrage bezüglich Herstellungsprozessen mit Bezug auf 3D-Drucktechnologien steigt stetig, besonders im Bereich des Prototyping. Eine Tatsache sind allerdings auch die negativen Folgen der additiven Fertigung in Bezug auf die Umwelt und die Gesundheit der Mitarbeitenden. Bei den entstehenden Expositionen handelt es sich primär um (Ultra-) Feinstäube, sowie flüchtige organische Verbindungen. Weiterhin zeigt sich, dass die Giftigkeit der genutzten Materialien und die mangelnde Recyclingfähigkeit zu beachten sind.
In dem durchgeführten Forschungs- Vorhaben war daher ein Filtrationsverfahren für die additive Fertigung zu entwickeln, welches durch die Entfernung von Begleitstoffen und -gasen aus dem Prozessgasstrom Brand- und Explosionsgefahren deutlich reduziert und die Exposition minimiert.
Vorteile und Lösungen
Wesentlicher Bestandteil der Verfahrensstufe ist ein Abscheideelement, welches Nanopartikel, die bei Laserprozessen der additiven Fertigung in das Prozessgas freigesetzt werden, effektiv abtrennt. Diese modulare Prozessstufe zur Abtrennung gasförmiger und partikelförmiger Verschmutzungen aus dem Prozessgas wirkt zudem als Flammendurchschlagsicherung und sichert durch ihren Einsatz eine gleichbleibende Produktqualität. Die Wirksamkeit der Prozessstufe wird mit autark arbeitenden Sensoren kontinuierlich überwacht. Im Ergebnis wurden eine Vorrichtung und ein Verfahren entwickelt, welche praxisnah und reproduzierbar die prozessgasseitigen Verschmutzungen entfernt. Durch eine integrierte Sensorik können bereits geringste Veränderung des Gaszustandes detektiert werden. Dies setzt allerdings eine präzise Kalibrierung der MSR- Technik voraus. Für eine Stabilisierung des Filtrationsvorganges ist es notwendig, ein hochdisperses Filterhilfsmittel zu verwenden. Dabei wurden die Dosier- und Dispergierparameter so bestimmt, dass eine Einlagerung des Staubes nicht auf der Anströmfläche des Filtermaterials erfolgt, sondern auf der Schutzschicht des Filterhilfsmittels. Dies wurde auch durch eine Vielzahl von staubtechnischen Analysen flankiert und nachgewiesen. Die auf Basis der Messungen gewonnen Erkenntnisse können von Unternehmen direkt in die Serienentwicklung überführt werden.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Zielapplikationen finden sich in allen Bereichen des Maschinenbaus und der Fertigungstechnik. Der 3D-Druck setzt sich insbesondere für kleine Losgrößen, neue Werkstoffe und komplizierte Geometrien durch. Verkaufsfähig sind für Maschinenhersteller nur Komplettgeräte mit Prozessgasreinigung. Der Nutzen bei der Anwendung der neuen Gasreinigungstechnologie liegt also auf drei Seiten: den Herstellern von Filtergeräten, dem Anlagenbauer und dem Bauteilhersteller in den Zielapplikationen. Letztendlich wird auch ein Beitrag zur Ressourcenschonung und zum Umweltschutz geliefert, da beim 3D-Druck weniger Material eingesetzt wird und durch die Gasreinigung keine luftfremden Stoffe an die Umwelt emittiert werden.