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Forschungsprojekt "3D Druck"

(Förderkennzeichen: 21303 N, Laufzeit: 01.08.2020 - 31.01.2023)

Wegen der ausgeprägten Oberflächenstruktur von additiv hergestellten Kunststoffbauteilen sind hoher manueller Aufwand von Spachtel- und Schleifarbeiten und ein Mehrschichtlackaufbau nötig, um verkaufsfähige Oberflächen herzustellen. Dieser Aufwand ist für die Massenproduktion von Serienbauteilen oder Ersatzteilen wirtschaftlich undenkbar, wodurch sich ein Hemmschuh für den Trend der Personalisierung ergibt.

Das Ziel des IGF-Projekts „Dekorative Oberflächen für additiv gefertigte Kunststoffteile“ („3D Druck“) der beiden Fraunhofer–Institute  IFAM und IPA ist daher ein Prozess, mit dem eine Class-A-Lackoberfläche auf 3D-gedruckten Bauteilen automatisiert mit nur zwei Lackschichten hergestellt werden kann.

Der Prozess soll KMU aus den Bereichen Additive Fertigung, Lackherstellung, Anlagenentwicklung sowie Lohnbeschichtung befähigen, den 3D-Druck außerhalb des Prototypenbaus wirtschaftlich lohnend einzusetzen.

Das Projekt wird die Erarbeitung einer geeigneten Vorbehandlung, die Entwicklung von Lacken als Modelllackformulierung und Rechenmodelle, mit denen die idealen Lackeigenschaften für einen Anwendungsfall berechnet werden, umfassen.

Für die Vorbehandlung sollen Plasma, Laser und Vakuumsaugstrahlen sowie Kombinationen daraus getestet werden. Die zentrale Idee ist, eine topografieabhängige Oberflächenenergie auf dem Substrat einzustellen, wodurch sich der Lack bei der Spritzapplikation bevorzugt in den „Substrattälern“ sammeln soll. Dafür sollen bestehende Simulationsprogramme zum Verlaufsverhalten so angepasst werden, dass sie für den Anwendungsfall auf 3D-gedruckten Bauteilen die bestmöglichen Lackeigenschaften sowie den Härtungszeitpunkt ausgeben.

Als neuartige Stellhebel sollen die viskoelastischen Eigenschaften und Oberflächenspannungsgradienten (Marangoni-Effekt) genutzt werden. Darauf aufbauend sollen Lacke hergestellt werden, deren Eigenschaften den zuvor berechneten Eigenschaften möglichst nahe kommen. Sie sollen UV-härtend sein und können so zum berechneten Verlaufszeitpunkt in kurzer Zeit gehärtet werden. Das Funktionieren der entwickelten Prozesskette wird in einer Roboter-Lackierlinie nachgewiesen.

Das IGF-Forschungsvorhaben (21303 N) der Forschungsvereinigung DFO e.V. wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und –entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.