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Forscher entwickeln ein Verfahren für den 3D-SLS-Farbdruck

Auf 14. September 2020 von Michelle J. veröffentlicht
3D-SLS-Farbdruck

An der Universität Duisberg-Essen hat ein Team von Wissenschaftlern ein Verfahren zum 3D-SLS-Farbdruck entwickelt. Dieses ist in der Lage mehrfarbige Polymerpulver zu verarbeiten und damit das Spektrum der möglichen Anwendungen zu erweitern. Das Team behauptet, das erste gewesen zu sein, das einen solchen 3D-Desktopdrucker vorgestellt hat. Der 3D-SLS-Farbdruck wird heute häufig mit FDM-Maschinen oder industriellen Lösungen auf der Basis von Material Jetting durchgeführt. Die Forscher haben Laserdioden verwendet und das Polymerpulver je nach gewünschter Farbe mit Nanopartikeln aus Silber, Gold usw. beschichtet.

Das Material ist eine Schlüsselkomponente im additiven Herstellungsprozess und verleiht dem Endteil seine mechanischen, chemischen und ästhetischen Eigenschaften. In den letzten Jahren hat der Markt echte Innovationen bei der Entwicklung von 3D-Druckmaterialien erlebt: die Explosion von Hochleistungsmaterialien, das Aufkommen von Verbundwerkstoffen usw. Mit der zunehmenden Industrialisierung der additiven Fertigung ist es jedoch notwendig, dass die Anwender über ein praktikables Material verfügen, das auch in der Massenproduktion eine echte Leistung bietet. Aus diesem Grund wenden sich immer mehr Menschen dem Pulverbettverfahren zu. Aber wenn es um Polymere geht, ist es schwierig, verschiedene Arten von Pulvern zu finden. Die Forscher erklären: „Im Bereich des Laserschmelzens auf einem Polymerpulverbett sind 90% der derzeit verwendeten Polymere Polyamidpulver. Daher gibt es große Anstrengungen, neue zu verarbeitende Materialien für diese spezielle Methode zu entwickeln. Geeignete neue Pulver werden nur sehr langsam auf den Markt gebracht, und sie haben oft Mühe, industrielle Qualitätsstandards wie ausreichende Fließfähigkeit, optische Absorption sowie Schmelz- und Wiederverfestigungseigenschaften zu erfüllen.“

3D-SLS-Farbdruck

Polyamidpulver, die bei der additiven Fertigung verwendet werden, sind im Allgemeinen weiß und bieten keine mehrfarbigen Druckmöglichkeiten.

3D-SLS-Farbdruck mit Laserdioden und Nanopartikeln

Polyamidpulver weisen heute eine geringe Absorption im sichtbaren und nahen Infrarotbereich auf, was die Verwendung eines leistungsstarken Kohlendioxidlasers zum Erwärmen und Schmelzen rechtfertigt. Eine Anforderung, die zu einer Reihe von Komplikationen während des Druckprozesses führt. Das deutsche Forscherteam wollte genau zeigen, dass der Einsatz von Laserdioden den Prozess vereinfachen kann. Sie erklären: „Photothermische Sensibilisatoren auf Kohlenstoffbasis, wie Ruß, Graphen oder Kohlenstoff-Nanoröhren, können dieses Problem überwinden und zu einer hohen Absorption im sichtbaren und nahen Infrarot-Spektrum führen, was das Sintern von Laserdioden ermöglicht, aber auch bedeutet, dass die Endteile eine schwarze Farbe haben. Dies bedeutet, dass die Teile erst in der Nachbearbeitung eingefärbt werden können, was ein Nachteil gegenüber der Material-Extrusion oder dem Binder-Strahl ist, die beide im 3D-Druckverfahren mit unterschiedlichen Farben arbeiten können.“ Sie hätten also eine Methode entwickelt, um dem Polyamidpulver aus einem photothermischen Sensibilisator in Nanogröße direkt Farbe hinzuzufügen.

Die Wissenschaftler hätten die Körner des Pulvers mit Nanosilberpartikeln beschichtet. Das Mischen des Metalls mit der weißen Farbe des Pulvers ergab eine gelbe Farbe. Da Gelb das Licht nicht wie Weiß reflektiert, ist es in solchen Fällen möglich, Laserdioden im Druckprozess einzusetzen. Dr. Bilal Gökce, Mitglied des Lehrstuhls für Technische Chemie an der Universität Duisburg-Essen, fügt hinzu: „Da die Nanopartikel fest auf der Oberfläche der Pulverkörner liegen und nicht nur gemischt werden, ergibt selbst eine Prise von ihnen eine homogene Farbe. Den Farben sind in diesem Prozess keine Grenzen gesetzt. Sie können auch andere Eigenschaften von Nanopartikeln erreichen, wie z.B. die antibakterielle Wirkung von Silber oder die magnetischen Eigenschaften von Eisenoxid.“

Prozesskette zur kolloidalen Additivierung von Polymerpulver mit lasergenerierten Silbernanopartikeln

Das Verfahren für den 3D-SLS-Farbdruck steckt noch in den Kinderschuhen und die entwickelte Maschine ist noch nicht für den Verkauf bestimmt. Es ist jedoch ein vielversprechender Start für den Markt der additiven Fertigung, der sich auf mehr Materialien und Eigenschaften verlassen kann. Die vollständige Studie finden Sie HIER.

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