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Druckmaterial

Kunststoffe in der additiven Fertigung

Kunststoffe in der additiven Fertigung

Kunststoffe sind in der heutigen Zeit nicht mehr wegzudenken. Egal wo wir hinschauen, Sie begleiten uns überall. Wir verwenden sie als Verpackungsmaterial, als Kleidung, in Autos, in technischen Geräten uvm.

Durch ihre hohe Flexibilität und Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen finden die Kunststoffe Anwendung in allen Lebensbereichen.

Gerade beim 3D-Druck spielen Kunststoffe in fester oder flüssiger Form als Werkstoff eine große Rolle.

Die Bandbreite der Materialien wächst von Jahr zu Jahr, was auch ein rasantes Wachstum der Anwendungsgebiete für den 3D-Druck zur Folge hat.  

Trotz bzw. gerade wegen ihrer guten Beständigkeit sind Kunststoffe leider auch ein großes Problem für die Umwelt.

Wir müssen uns aber auch bewusst sein, dass die Menschen den aktuellen Lebensstandard auch gerade mit den Kunststoffen erreicht hat. Kühlschränke, Computer, Flugzeuge, Handys…….

Die Liste könnte unendlich weitergeführt werden.

Der 3D-Druck bietet uns eine unglaubliche Chance, große Mengen an Kunststoff einzusparen. Sei es mit Hilfe der Designoptimierung der Bauteile oder der Tatsache, dass nur die Menge wirtschaftlich produziert werden muss, die auch wirklich benötigt wird.

Um diese Ressourcen bewusst und vor allem sinnvoll zu nutzen, müssen wir zuerst wissen, was Kunststoffe eigentlich sind und wie sie hergestellt werden.

Was sind Kunststoffe?

Kunststoff wird als der Begriff verwendet, um Werkstoffe zu beschreiben die zum größten Teil aus Riesenmolekülen bestehen. Dies bedeutet, dass Kunststoffe Polymere sind und aus sich wiederholenden Grundeinheiten, den Monomeren bestehen.

Ein Polymer kann auf natürlicher Basis, halb synthetisch und synthetisch hergestellt werden.

Die meisten, die wir kennen und verwenden, sind halb synthetisch oder synthetisch.

Sie werden aus natürlichen Rohstoffen wie Erdöl, Erdgas, Cellulose und Salz hergestellt.

Um aus diesen natürlichen Materialien Kunststoffe zu erzeugen, gibt es drei verschiedene Synthese-Verfahren. Polymerisation, Polykondensation und Polyaddition.

Nähere Informationen zur Herstellung von Kunststoffen sind in diesem Video zusammengefasst.

Welche Arten von Kunststoffen gibt es und was zeichnet sie aus?

Sie werden in drei große Gruppen unterteilt:

Die Thermoplaste, die Duroplaste und die Elastomere.

Thermoplaste können eingeschmolzen und neu in Form gebracht werden, z.B. PET-Flaschen

Duroplaste sind hitze- und formbeständig. Sie können nicht mehr neu in Form gebracht werden, z.B. Epoxidharze

Elastormere besitzen eine hohe Elastizität und sind nicht schmelzbar, z.B. Gummi

Kunststoffe zeichnen sich im Allgemeinen vor allem durch ihre vielseitigen technischen Eigenschaften wie Formbarkeit, Festigkeit, Steifigkeit, Härte, Zähigkeit, Temperatur – sowie Witterungsbeständigkeit und vielen weiteren aus.

Je nach der Wahl der Molekülart, des Herstellungsverfahrens und des Beimischens von Additiven können je nach Anwendungsgebiet spezielle Kunststoffe erzeugt werden.

Wo und wie werden Sie angewendet?

Kunststoffe können speziell für verschiedene Anwendungsfelder hergestellt werden. Dies hat zur Folge, dass Kunststoffe in allen Lebensbereichen und dort in den unterschiedlichsten Varianten vorkommen können.

Verpackungsfolie, Wasserflaschen oder Gehäuse für Elektronikbauteile sind nur einige wenige Beispiele.

Hier gibt es eine schöne Übersicht, wo Kunststoffe bei einem Auto vorkommen.

Bildquelle: https://chemie-am-auto.de/

Wie und in welcher Form der Kunststoff beim 3D-Druck zum Einsatz kommt, schauen wir uns nun genauer an.

Kunststoffe beim 3D-Druck

Kunststoffe spielen auch bei der additiven Fertigung eine große und wichtige Rolle.

Sie machen zurzeit und wahrscheinlich auch die nächsten Jahre die größte Materialgruppe aus, die mittels 3D-Druck verarbeitet werden kann.

Gerade die Vielfalt von Kunststoffen in Einheit mit dem 3D-Druck lässt oftmals kaum noch Wünsche bei der Produktherstellung offen. Es gibt kaum einen Kunststoff, der nicht gedruckt werden kann.

Bei der additiven Fertigung wird das Material nach dessen Ausgangsform unterschieden (z.B. Pulverform, festes oder flüssiges Material). Die genutzte Materialform entscheidet dann, welches Druckverfahren verwendet werden kann.

Es wird zwischen folgenden Formen unterteilt:

-flüssige Kunststoffe

Der Begriff „Flüssigkunststoff“ bezeichnet in der Regel das Kunstharz, welches in Fachkreisen als Resin bekannt ist.

-feste Kunststoffe

Die Form der druckbaren festen Kunststoffe ist gegenüber den flüssigen deutlich vielseitiger. Hier wird zwischen Filament, Pulver, Granulat und Folie unterschieden.

Filament und Pulver werden aktuell am meisten verwendet.

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Die Materialform ist ausschlaggebend, welches Druckverfahren genutzt werden kann.

Die Art der Verarbeitung der Materialien hat einen wesentlichen Einfluss auf die Bauteileigenschaften und demzufolge auf den Anwendungsbereich.

Um den Rahmen dieses Artikels nicht zu sprengen, habe ich spezielle Informationen zu den einzelnen Kunststoffformen in einem extra Beitrag zusammengestellt.  

Zusätzlich zu den allgemeinen Informationen werden auch die zu den Materialformen dazugehörigen Druckverfahren näher erläutert.

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