Voxelfill - Schichtübergreifender 3D-Druck

Eine bekannte Limitation additiv gefertigter Bauteile sind die anisotropen Eigenschaften, die auf den schichtweisen Materialauftrag zurückzuführen sind. Entlang der Baurichtung, das heißt der Z-Achse, weisen durch Materialextrusion (MEX) gefertigte Bauteile eine geringe Zug- und Biege-festigkeit, sowie sprödes Materialverhalten auf. Ziel des patentierten „Voxelfill“-Verfahrens ist es, die genannten Limitationen zu überwinden und damit funktionale Bauteile zur Verfügung zu stellen. Es wurde eine Strategie entwickelt, die sowohl die mechanischen Eigenschaften als auch die Wirtschaftlichkeit steigert.
Zunächst wird als Basisstruktur ein Gittermuster gedruckt, in welchem sich Volumenkammern (Voxel) befinden, z.B. 3D Honeycombs. Anschließend wird in den Füllebenen schichtübergreifend thermoplastisches Material in die Voxel eingespritzt. Relevant für die Steigerung der Festigkeit und Elastizität der Bauteile ist, dass pro Füllschicht nur die Hälfte der Voxel gefüllt werden und die Voxel um eine halbe Kammerhöhe versetzt sind. Auf diese Weise wird unter Belastung die Bruchlinie zwangsversetzt. In der Prozessentwicklung wird sowohl das porenfreie Befüllen der Voxel mit thermoplastischem Material als auch die thermische Bindung zwischen Füllung und Basisstruktur optimiert. Mechanische Zugversuche nach ISO 527-2 werden zur Ermittlung der Festigkeit herangezogen. Neben herkömmlichen Materialien wie PETG, ABS und PEI zeichnen sich vor allem fasergefüllte Polymere wie PA6GF30 für das Verfahren aus. Durch das schichtübergrei-fende Einspritzen des Füllmaterials ist es erstmals möglich auch Fasern in Z-Richtung in 3D-ge-druckte Bauteile einzubringen.

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