Aufgabenstellung

Ziel des Forschungsvorhabens ist die additive Fertigung von polymeren Multi-Material-Bauteilen, welche aus Bereichen verschiedener Kunststoffe mit klar definierten Grenzflächen bestehen und dadurch lokal unterschiedliche Bauteileigenschaften aufweisen. Die flexible Generierung solcher Bauteile erfordert jedoch einen neuen Herstellprozess, welcher im Rahmen des Projekts erforscht wird. Er beruht auf der Technologie des selektiven Laserstrahlschmelzens, wobei die Limitierung des konventionellen Prozesses auf die Fertigung von Bauteilen aus nur einem einzelnen Ausgangswerkstoff zu überwinden ist.

Vorgehensweise

Um das Ziel zu erreichen, ist eine neue Strategie für den Pulverauftrag erforderlich, welche die präzise Ablage verschiedener Pulverwerkstoffe in Form von Schichten mit klar definierten Trennzonen erlaubt. Eine besonders vielversprechende Methode ist hierbei die Elektrophotographie, welche sich in der klassischen Drucktechnik durch hohe Geschwindigkeit und Präzision auszeichnet. Für die weiterführende Untersuchung der Methode werden die wesentlichen Komponenten des elektrophotographischen Pulverauftrags in eine selektive Laserstrahlschmelzanlage implementiert. Der Schichtübertrag erfolgt durch eine unipolare Aufladung der Pulverwerkstoffe sowie deren Transfer auf eine Substratplatte mithilfe eines Übertragungselements und einer Übertragungsplatte. Letztere besitzt eine fotoleitende Beschichtung, auf welcher ein latentes Ladungsmuster erzeugt werden kann. Dies erlaubt eine selektive sowie simultane Aufnahme von Pulverwerkstoffen durch elektrische Felder. Das Übertragungselement hingegen hat die Aufgabe, ein elektrisches Übertragungsfeld unabhängig von der bereits erzeugten Bauteilhöhe zu gewährleisten.

Ergebnisse

Es konnten zwei Prozessrouten zur Aufnahme von Pulver (Entwicklung) mithilfe einer Übertragungsplatte, welche mit einem positiv ladenden Fotoleiter beschichtet ist, validiert werden. Bei beiden Prozessrouten nimmt die Übertragungsplatte Pulver aus einer präparierten Pulverschicht auf, welche unipolar positiv oder negativ aufgeladen wurde. Als besonders geeignetes Übertragungselement hat sich ein Übertragungsrahmen herausgestellt, welcher sich während der Pulverschichtablage (Druck) zwischen Übertragungs- und Substratplatte befindet. Dieser führt zur Ausbildung eines elektrischen Übertragungsfeldes, welches zum einen unabhängig von der bereits erzeugten Bauteilhöhe ist und zum anderen nur schwache Querkomponenten aufweist. Infolge dessen wird eine wiederholgenaue Ablage einzelner Pulverschichten ermöglicht.