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Das High Speed Sintering Verfahren

Zur Herstellung funktionaler Polymerformkörper haben wir uns auf die pulver- und tintenbasierte High Speed Sintering (HSS) Technologie fokussiert. Das Druckverfahren verarbeitet Polymerpulver Schicht für Schicht. Zunächst wird eine dünne Schicht Kunststoffpulver, bspw. PA12 oder TPU, auf eine beheizte Bauplattform aufgetragen. Anschließend druckt ein Tintenstrahldruckkopf selektiv einen Absorber (IR-absorbierende Tinte) in diejenigen Bereiche des Pulverbettes ein, in denen die Bauteile entstehen sollen und färbt diese schwarz, bzw. grau ein. Jede Schicht stellt dabei einen Querschnitt durch das zu druckende Objekt dar. Im nächsten Schritt, wird Infrarotenergie in das Pulverbett eingetragen.

Die bedruckten Bereiche absorbieren die Energie, wodurch die eingefärbten Pulverbereiche versintert werden. Das unbedruckte Pulver bleibt während des Sinterings unterhalb der Schmelztemperatur und damit unverschmolzen. Nach dem Sintervorgang wird die Bauplattform um eine Schichtdicke abgesenkt und der Prozess beginnt mit einem neuen Schichtauftrag von vorne. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis die Bauteile in ihrer vollen Höhe gedruckt wurden. Zu guter Letzt wird der gesamte Bauraum kontrolliert abgekühlt. Dann können die gedruckten Bauteile entnommen und ausgepackt werden.

Graustufe für variable Objekteigenschaften

Eine Besonderheit am HSS-Verfahren ist der sogenannte Graustufen druck. Mit diesem lassen sich dreidimensionale Objekte mit variablen Zieleigenschaften additiv fertigen. Die Materialeigenschaften des erzeugten Formkörpers können mit dem HSS-Verfahren gezielt in allen drei Dimensionen beeinflusst werden. Dabei kann es sich um die mechanische Festigkeit oder Elastizität sowie Materialdichte und damit Gewicht und Schwerpunkt des 3D-Druckobjektes handeln.

Der Grauwert, die Graustufe oder das Greylevel der im HSS-Prozess abgebildet werden kann, bezeichnet die pro Voxel in das Pulver eingedruckte Menge des Absorbers (Tinte). Weiterhin kann die Graustufe mit Dithering (Simulation tatsächlich nicht vorhandener Zwischenstufen über bestimmte Pixel-Anordnungen / Rasterungen) verbunden werden. So lassen sich der Absorptionsgrad, die Energieeinkopplung und damit die effektive Temperatur des zu verfestigenden Partikelmaterials noch feiner justieren, was weiteren Einfluss auf die Materialeigenschaften hat.

Die noch junge Technologie von birgt für eine Vielzahl an Industrien großes Potenzial im Hinblick auf Materialvielfalt, Ressourcenschonung, Leichtbau, Individualisierung und Performancesteigerung. Dabei ist das Zusammenspiel zwischen 3D-Drucksystem, Pulver und Absorber von höchster Bedeutung.