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Liquid Additive Manufacturing: Ein neues Verfahren zum 3D-Druck von Silikon-Dichtungen und mehr

Auf 3. Februar 2021 von Michelle J. veröffentlicht
Liquid Additive Manufacturing

Ganz allgemein sollen Dichtungen das Austreten oder Eindringen von Flüssigkeiten, Gasen oder festen Stoffen wie Staub an Trennstellen von Bauteilen verhindern oder verringern. Dabei ist es wichtig, dass sie plastisch und elastisch formbar, chemisch beständig, temperatur- und alterungsbeständig sowie verschleißfest sind. Ein Werkstoff, der sich daher als Material für Dichtungen eignet, ist Silikonkautschuk. 

Bei Silikonkautschuk handelt es sich um ein Elastomer, das aus Silikon, Wasserstoff, Kohlenstoff und Sauerstoff besteht. Für das Spritzguss-Verfahren wird auf Silikonkautschuk in flüssiger Form zurückgegriffen, was bisher als Material für den 3D-Druck nicht nutzbar war. Dank des LiQ320 3D-Druckers von InnovatiQ, der auf dem Liquid Additive Manufacturing Verfahren basiert, gehört diese Aussage allerdings der Vergangenheit an. Mit dem LiQ320 ist es erstmalig möglich, flüssiges Spritzguss-Silikon für den industriellen 3D-Druck zu verwenden. 

Wie funktioniert das Verfahren Liquid Additive Manufacturing des LiQ320?

Beim Liquid Additive Manufacturing handelt es sich, wie der Name bereits erahnen lässt, um ein additives Fertigungsverfahren für Flüssigkeiten und viskose Materialien, wie Flüssigsilikonkautschuk. Wie jeder additive Fertigungsprozess beginnt auch dieser mit der Erstellung des 3D-Modells. Dafür werden die CAD-Daten für die Programmiersoftware umgewandelt und die Parameter optimiert. Danach werden die finalen Daten an den LiQ320 3D-Drucker übermittelt. Mit Starten des Druckprozesses beginnt der LiQ320 mit der volumetrischen Materialextrusion. Das Material besteht aus zwei Komponenten, die im Druckkopf gemischt werden. Dank der Druckkopftechnologie ist eine präzise Dosierung und ein ideales Mischverhältnis möglich, sodass der  Strukturaufbau im Objekt auf Molekularebene gesteuert werden kann. Dabei ist man aufgrund der Open Material Platform nicht an das Material eines bestimmten Herstellers gebunden.

Liquid Additive Manufacturing

Die Druckkopftechnolgie ermöglicht eine präzise Dosierung und ein ideales Mischverhältnis, so dass die Auftragsrichtung und somit die Vernetzung auf Molekülebene beeinflusst werden kann. | Bildnachweis: InnovatiQ

Ähnlich wie beim FDM-Verfahren wird das Material schichtweise vom Extruder auf das Druckbett aufgetragen. Im Gegensatz dazu liegt das Ausgangsmaterial bereits in flüssiger Form vor und muss nicht erst geschmolzen werden. Zudem wird jede einzelne Schicht während des Druckprozesses mit Hilfe einer Hochtemperatur-Halogenlampe mit ca. 2.000 Watt ausgehärtet, wodurch das Material thermisch vernetzt wird. 

Diese thermische Vernetzung kann punktgenau beeinflusst und gesteuert werden. So können zum Beispiel Überhänge generiert werden, indem man das Material sehr schnell und konsequent vernetzt. Im Gegensatz dazu wird zur Generierung glasiger Strukturen erst am Ende des Druckprozesses der Vernetzungsprozess gestartet und sehr weich vernetzt. Ein weiterer Vorteil dieser thermischen Vernetzung ist, dass die Druckzeit erheblich verkürzt wird. Wenn der Druckprozess abgeschlossen ist, kann das Objekt entnommen und ohne Nachbearbeitung direkt eingesetzt werden. 

Liquid Additive Manufacturing ist geeignet für Prototypen, Einzelobjekte und die industrielle Kleinserienfertigung. Dabei reicht der Einsatzbereich von der Automobilindustrie bis zur Medizintechnik. Besonders interessant sind Dichtungen, da diese in vielen unterschiedlichen Branchen zum Einsatz kommen.

Die Hochtemperatur-Halogenlampe härtet die einzelnen Schichten aus, wodurch das Material thermisch vernetzt wird. | Bildnachweis: InnovatiQ

Dichtungen aus Flüssigsilikon drucken

Wie bereits erwähnt, ist der Einsatz von Dichtungen vielfältig. So kommen sie unter anderem in der Bauindustrie als Fensterdichtungen, Türdichtungen oder Isolierungen zum Einsatz, aber auch in der Elektroindustrie um elektronische Komponenten vor extremer Hitze, Salz, Korrosion und Verschmutzung zu schützen. Dementsprechend unterschiedlich sind ihre Formen, sowohl bezogen auf ihre Größe als auch auf ihre Komplexität. 

Gerade in der Elektroindustrie wächst der Bedarf an kleinen, komplexen Dichtungen und das bei kleinen Losgrößen. Beim Spritzguss-Verfahren ist es schwierig, flexibel und schnell auf solche Anforderungen zu reagieren, da erst das passende Werkzeug gefertigt werden muss. Das bedeutet ebenfalls zusätzliche Kosten, die sich bei kleinen Losgrößen nicht rentieren. 

Mit Liquid Additive Manufacturing entfallen diese Vorlaufzeiten und Rüstkosten, sodass Unternehmen schnell auf die Anforderungen reagieren und sich den immer kürzeren Innovationszyklen anpassen können. Gleichzeitig bleiben die technischen Eigenschaften vergleichbar mit den Spritzgussteilen bei beinahe beliebigen Geometrien. Zusätzlich ist es möglich, die Dichtung direkt auf ein existierendes Bauteil aufzudrucken. Dafür wird das Bauteil im Drucker platziert, die Dichtung aus Flüssigsilikonkautschuk aufgebracht und direkt während des Druckvorgangs dank der thermischen Vernetzung ausgehärtet. Es kann ein fertiges Bauteil entnommen werden, das sofort einsatzbereit ist. Im Video sehen Sie unterschiedliche Dichtungen, die mittels Liquid Additive Manufacturing gefertigt worden sind.

Denken Sie, dass Liquid Additive Manufacturing die bevorzugte Methode zur Fertigung von Dichtungen werden könnte? Lassen Sie uns dazu einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf  Facebook, Twitter,  LinkedIN oder Xing mit. Möchten Sie außerdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der Additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt für unseren wöchentlichen Newsletter.

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