Aufgabenstellung
Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist die Additive Fertigung von polymeren Multi-Material-Bauteilen. Multi-Material-Bauteile sind dabei Werkstoffverbunde, welche aus Bereichen unterschiedlicher Kunststoffe mit klar definierten Grenzflächen bestehen und damit lokal unterschiedliche Bauteileigenschaften aufweisen. Zu deren flexiblen Herstellung wird ein neuer Prozess, der auf der Technologie des selektiven Laserstrahlschmelzens beruht, erforscht. Die Notwendigkeit entspringt dabei der Limitation des konventionellen Prozesses, welcher bisher nur Bauteile aus einem einzelnen Ausgangsmaterial ermöglicht.

Vorgehensweise
Um dieses Ziel zu erreichen, sind neue Pulverauftragsmechanismen sowie Bestrahlungsstrategien erforderlich. Die zu untersuchenden Auftragsmechanismen müssen den flexiblen Auftrag von unterschiedlichen Pulverwerkstoffen zu Schichten mit klar definierten Trennzonen ermöglichen. Hierbei steht der Auftrag mittels vibrierenden Pulverdüsen und dem elektrofotografischen Wirkprinzip im Fokus der Forschung. Die Bestrahlungsstrategie muss ein Erwärmen der unterschiedlichen Pulverwerkstoffe auf ihre jeweiligen Vorheiztemperaturen und ein gleichzeitiges Aufschmelzen der Werkstoffe ermöglichen. Dazu wird ein innovativer Prozessaufbau realisiert, welcher bestehend aus unterschiedlichen strahlungsbasierten Energiequellen und Strahlformungselementen, zeitlich und räumlich flexibel, veränderliche Intensitäten hinsichtlich des Energieeintrags erlaubt.

Ergebnisse
Durch die Integration von gekühlten Pulverdüsen in die bestehende Anlage konnten komplexe Multi-Material-Pulverschichten bei Bauraumtemperaturen von bis zu 180 °C aufgetragen werden (siehe linkes Bild). Weiterhin wurde die Anlagentechnik durch einen Scanner, welcher sehr hohe Scangeschwindigkeiten von bis zu 25 m/s ermöglicht, erweitert (siehe rechtes Bild). In Kombination mit Heizstrahlern können dadurch beliebige Pulververteilungen quasi-simultan vorgeheizt werden, bevor im letzten Prozessschritt mittels simultaner, intensitätsselektiver Bestrahlungsstrategie die Pulver aufgeschmolzen werden.