Polypropylen (PP) ist einer der meist verwendeten Kunststoffe in der Industrie. Für die Additive Fertigung stellt er jedoch aufgrund der teilkristallinen Struktur und der daraus resultierenden Schwindung beim Abkühlen Herausforderungen dar. Deshalb findet er bisher in dem Bereich der Additiven Fertigung kaum Verwendung. Die Firma PPprint GmbH hat daher ein PP entwickelt, das ein reproduzierbares 3D-Druckergebnis ermöglicht. Aufgrund der besonderen Modifikation eignet es sich zusätzlich bestens, eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Partikelschaum EPP bei der Verarbeitung einzugehen. Die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen der Neue Materialien Bayreuth GmbH und der PPprint GmbH wurde nun im Oktober mit dem MATERIALICA Design & Technology Award in der Kategorie „Material“ ausgezeichnet.
Das Technologiefeld der additiven Fertigung hat sich in den letzten Jahren weltweit zu einem der wichtigsten Forschungsgebiete der Kunststoffverarbeitung entwickelt. Die oftmals in der Industrie angestrebten Bauteilgrößen sind jedoch nicht auf Desktopdruckern mittels Filament realisierbar. Da für die wirtschaftliche Herstellung großvolumiger Bauteile ein hoher Materialaustrag benötigt wird, kommt als Ausgangsmaterial bevorzugt Kunststoffgranulat zum Einsatz. Das Granulat wird dabei durch einen Schneckenextruder aufgeschmolzen und durch eine Düse ausgetragen.
PP verbindet als Polymer eine hervorragende Recyclebarkeit mit vorteilhaften Eigenschaften hinsichtlich Mechanik und Chemikalienbeständigkeit. In der Vergangenheit war die Verarbeitung in der additiven Fertigung jedoch schwer realisierbar und das Material wurde daher kaum eingesetzt. Die PPprint GmbH, eine Ausgründung der Universität Bayreuth mit Sitz im Bayreuther Gründerzentrum, schaffte es jedoch zunächst durch das Filament ‚P-filament 721‘ für den Fused Filament Fabrication (FFF) Prozess und nun auch mit dem Granulat ‚P-pellets 310‘ diese Hürden zu überwinden. So ermöglicht dieses Material die Verarbeitung von PP im industriellen Großformat-3D-Druck.
Die gute Verarbeitbarkeit des Materials im 3D Druck ermöglicht es, zusammen mit der bei der Neue Materialien Bayreuth GmbH eigens realisierten Anlagentechnik für das Large Area Additive Manufacturing (LAAM) Verfahren, den Prozess mit anderen etablierten Technologien zu vereinen. So konnte der Sitzhocker „Honey-PP“ umgesetzt werden, der nun mit dem MATERIALICA Design & Technology Award ausgezeichnet wurde.
Der abgebildete Hocker ist bionisch inspiriert und mittels Topologieoptimierung ausgelegt. So entsteht aus der systematischen Symbiose von Bauteilstruktur und Material ein leichtes, aber stabiles Produkt. Diese komplex gestaltete Form ist ausschließlich mittels additiver Fertigung realisierbar. Die Beinstruktur wird direkt auf die EPP-Platte gedruckt, die bei der Neue Materialien Bayreuth GmbH aus losen Partikelschaumperlen durch Wasserdampf versintert wurden. Durch die Schaumstruktur weist die Sitzfläche gute Isolationseigenschaften auf, die neben der guten Haptik ein angenehmes, warmes Sitzgefühl erzeugt. Aufgrund der Eigenschaften der ‚P-pellets 310‘ kommt es im Großformat-3D-Druck während des Druckprozesses zu einer festen stoffschlüssigen Verbindung zur EPP-Platte So entsteht ein Bauteil mit maßgeschneiderten Eigenschaften in verschiedenen Bereichen aus nur einem einzigen Kunststoff.
Diese Entwicklung adressiert insbesondere den Aspekt der Nachhaltigkeit. Aufgrund des Mono-Material-Aufbaus entfallen beim Recycling aufwendige Schritte der Trennung und Sortierung. Der sortenreine PP-Verbund kann unmittelbar einer stofflichen Wiederverwertung im Polypropylen-Kreislauf zugeführt werden. Die Topologieoptimierung im additiv gefertigten Bereich bedingt, dass Material nur dort eingesetzt wird, wo es aus mechanischen Gründen erforderlich ist und das Bauteil so mit minimalem Ressourceneinsatz gefertigt werden kann. Diesem Prinzip trägt auch der Schaumstoff Rechnung: Mit einer Dichte von 40 kg/m³ besteht das umschlossene Volumen zu 95 % aus Luft. Der minimierte Materialiensatz trägt maßgeblich zur Optimierung des CO2-Footprints des Produkts bei.
Mit dem Award zeichnet die Messe München innovative und herausragende Produktlösungen an der Schnittstelle von Materialentwicklung und -anwendung aus, die mittels innovativer Technologien gefertigt wurden. Die Lösung des Produkts mittels Material- und Prozessentwicklung gelang dank der engen Zusammenarbeit zwischen der Neue Materialien Bayreuth GmbH und der PPprint GmbH. Positiv beeinflusst auch die örtliche Nähe der beiden Firmen die effiziente und effektive Zusammenarbeit.
Neue Materialien Bayreuth GmbH
Dr. Julia Gensel | E-Mail: julia.gensel@nmbgmbh.de
