#Success-Story: High-Tech-Duroplaste aus dem 3D-Drucker

Hochleistungspolymere sind als funktionelle Bauteile heute in keinem Bereich mehr wegzudenken. TIGITAL 3D-Set ermöglicht, dass Duroplaste mit höchster Funktionalität schnell und einfach im 3D-Druck hergestellt werden können. Unterstützt wurde die weltweit einzigartige Entwicklung von TIGER Coatings durch das FFG-Basisprogramm.

Mit dem Einsatz von Polymeren lassen sich viele Herausforderungen bei Bauteilen, Maschinen oder Anlagen deutlich besser lösen als mit Metallen. Denn auf spezielle Einsatzzwecke optimierte Kunststoffe sind in der Regel leichter und günstiger herzustellen als Metall-Bauteile. Größter Nachteil bisher: Formen und Verarbeitungsprozesse für Duroplaste werden erst ab einer bestimmten Stückzahl rentabel. Mit „TIGITAL 3D-Set Materials“ hat der österreichische Hersteller TIGER Coatings jetzt eine Lösung entwickelt, die mittels Thermoset-3D-Druck alle Vorteile des Materials bei Bedarf sofort verfügbar macht.

Know-how weit über das Material hinaus

„Das Ziel von TIGER ist es, 50 Jahre unseres Polymerwissens mit neuer Technologie zu verheiraten“, erklärt CEO Clemens Steiner. Das Welser Unternehmen hat für das neue Thermoset-Verfahren die gesamte Wertschöpfungskette betrachtet und dabei die Sicht der künftigen Kunden eingenommen. 3D-Druck ist der Schlüssel für die Bauteile der Zukunft. Aber erst das neue Druckverfahren mit TIGITAL-3D-Set-Materialien ermöglicht es, Duroplast-Bauteile in Kleinserie zu erzeugen, die industrielle Materialstandards erfüllen und sich für die hochpräzise Verarbeitung eignen. Die Duroplaste können zudem hitzebeständig und schwer entflammbar ausgelegt werden.

In Zukunft werden neben dem klassischen SLS-Druck (SLS = Selektives Laserschmelzen) auch hybride Lösungen für Kleinserien möglich sein, etwa das Einsetzen spezieller Metallbuchsen oder die Nutzung von Karbonfasern für eine strukturelle Verstärkung sowie die Integration von Glasfaserleitern mit Fühlern. „Die neuen Hochleistungspolymere werden Nischen besetzen und Kleinserienproduktionen am eigenen Standort erlauben“, sagt Gerhard Buchinger, globaler Leiter der R&D Solid Functional Materials bei TIGER Coatings. Damit gehören auch umweltbelastende Überproduktion und lange Transportwege der Vergangenheit an.

Patente in China, den USA und Europa

Spezialgebiet von TIGER Coatings bleibt im Kern die Materialienentwicklung. Allerdings greifen beim Thermoset-Druck Material und Verfahren so tief ineinander, dass eine isolierte Betrachtung nicht möglich ist. Im Unterschied zu Thermoplast-Bauteilen, bei denen Polymere miteinander verschmolzen werden, reagieren im Thermoset die Materialien miteinander und erreichen so die gewünschten Eigenschaften. Die größte Herausforderung bei der Entwicklung war: Wird die Reaktivität zu niedrig gehalten, findet keine ausreichende Verbindung zwischen den einzelnen Pulverteilchen statt. Instabile Bauteile sind die Folge. Auf der anderen Seite zeigen die Materialien unter Druckbedingungen eine Tendenz, ungewollt vorzureagieren, was die Wiederverwertbarkeit der Ausgangsmaterialien reduziert.

Drucker für das innovative 3D-Thermoset-Verfahren, Foto: TIGER Coatings

Daher müssen lager- und prozessstabile Thermoset-SLS-3D-Materialien bestimmte Anforderungen erfüllen. Das Pulver darf erst reagieren, wenn der Laser im Drucker auf das Material trifft. Während des TIGITAL-SLS-Drucks wird die Temperatur präzise gehalten (diese ist deutlich niedriger als bei Thermoplast-SLS-Materialien). Durch Auftreffen des Lasers auf die oberste Pulverschicht im Drucker wird das Material vorgesintert und die gewünschte Festigkeit des Werkstücks hergestellt. Anschließend wird der Grünling sandgestrahlt, in Salz als Stützmaterial gebettet und thermisch ausgehärtet. Für eine Verfahrensoptimierung ist die richtige Wahl der Druckereinstellungen entscheidend, geschlossene Systeme können diese Anforderung nicht erfüllen.

Grünling im Salz-Stützbett. Foto: TIGER Coatings

Die bisher am Markt erhältlichen Materialien für den SLS-3D-Druck basieren ausschließlich auf Thermoplasten. Diese sind für den Druck von funktionellen Bauteilen meist nicht geeignet. Demgegenüber können Duroplast-Bauteile, die mit dem SLS-Thermoset-Verfahren erzeugt wurden, nachträglich durch Fräsen, Verschrauben oder andere Verfahren bearbeitet werden. Auf diese Weise lassen sich Bauteile für besondere technische Herausforderungen in Kleinstauflagen herstellen. Mit der neuen Entwicklung ist TIGER weltweit das erste Unternehmen, das Thermoset-Materialien im SLS-Druck erfolgreich einsetzen kann. Patente in China, den USA und Europa schützen die Ergebnisse.

FFG-Förderung als essentieller Anschub für Entwicklung

In diesem Entwicklungsbereich ist das unternehmerische Risiko aus mehreren Gründen überdurchschnittlich groß: Der Markt ist sehr speziell, viele Faktoren, wie die Druckertechnik, liegen außerhalb des Einflussbereichs. Für den Erfolg der F&E-Tätigkeiten war die Unterstützung der FFG daher eine wichtige Grundlage.

„Tatsächlich hat die FFG-Förderung entscheidend dazu beigetragen, dass TIGER in einer derartigen Größenordnung in dieser Richtung einsteigt“, fasst Projektleiterin Sarah Seiringer den Nutzen zusammen. Das Unternehmen mit seiner Beschichtungskompetenz konnte so einen neuen Bereich in größerem Ausmaß und Tempo erobern als ohne Förderung. TIGITAL 3D-Set steht in den Startlöchern und sucht gezielt nach neuen Anwendungen.