Digitalisierung der Prozesskette beim SLS 3D-Druck von Kunststoffmaterialien zur Reduktion des Pulververbrauchs durch Optimierung der Wiederaufbereitungsrate mit Frischpulver (WasteReduct4AM)

Ein 3D-Druckverfahren für Polymere ist das Selektive Laser Sintering (SLS). Beim SLS 3D-Druck wird ein Pulver (in den meisten Fällen ein Polyamid 12 Pulver) mithilfe eines Lasers ausgehärtet. Das komplette Pulverbett wird dafür bis kurz vor den Sinterpunkt erhitzt, sodass der Laser das Material zur Verschmelzung nur noch leicht erhitzen muss. Die Bauteile werden während des Druckvorgangs von dem umliegenden Pulver gestützt, sodass keine Supportstrukturen benötigt werden. Nach dem Druckvorgang werden die Bauteile mit dem überschüssigen Pulver aus der Anlage entnommen. Die Bauteile werden dann von dem überschüssigen Pulver befreit und können anschließend verwendet werden.

Das Pulver, welches nicht zum Bauteil wird, muss gesiebt und mit frischem Pulver vermischt werden. Aktuell ist der Standard, dass 30% Frischpulver hinzugefügt werden . Bei einem durchschnittlichen Druckjob werden allerdings nur 12 bis 16 % des Pulvers verdruckt (Packdichte von 12 bis 16 %). Nach jedem Druckjob wird eine große Menge an Frischpulver beigemischt. Die tatsächlich benötigte Menge an Frischpulver hängt jedoch von verschiedenen Faktoren ab; vor allem von der thermischen Belastung des Pulvers während dem Druckjob.

Die thermische Belastung des Pulvers wird bestimmt durch Parameter wie dem Querschnitt der Teile, der Packdichte, dem Abstand zwischen den Teilen, der Erhitzungszeit zwischen den Layern, der Bauraumtemperatur, dem N2-Gehalt im Bauraum, der tatsächliche Belichtungszeit und der Druckzeit usw. Vor diesem Hintergrund soll auf Basis von modernen Methoden der Datenanalyse sowie und maßgeschneiderten Simulationsumgebungen eine automatisierte digitale Prozessanalyse entwickelt werden, die das optimale Wiederaufbereitungverhältnis im Hinblick auf die Ressourceneffizienz und Bauteilqualität bestimmt. Es wird angestrebt, den Verbrauch an Frischpulver um 30 bis 50 % zu senken.