Im Rahmen des Förderaufrufs EFRE InfraProNet 2021-27 wurde eine Masseaufbereitungsstrecke zur Entwicklung, Charakterisierung und Erzeugung von keramischen und metallokeramischen Filamenten und Granulaten für den 3D-Druck beantragt. Infolge der positiven Bewertung und Bewilligung des Antrages ist nun eine solche verfahrenstechnische Anlage durch die Firma Anton Paar Germany GmbH, mit Sitz in Ostfildern, Deutschland, geliefert und in Betrieb genommen worden.
Die Anlage basiert auf dem Doppelschneckenextruder Twin Screw Compounder B-TSE-A 20/40, mit dem thermoplastische Massen bis zu einer Temperatur von 400 °C verarbeitet werden können. Das maximale Drehmoment pro Schnecke beträgt 40 Nm, welche bis zu einer Drehzahl von 200 min-1 betrieben werden können. Die über den Rundstrangdüsenkopf extrudierten Stränge können zum einen über eine Aufwickelvorrichtung auf Filamentrollen aufgewickelt werden, so dass sie anschließend in Filament-3D-Druckern weiterarbeitet werden können. Alternativ ist die Nutzung einer Granuliereinheit möglich, die bis zu 4 Extrusionsstränge im Durchmesserbereich 1-6 mm mit Geschwindigkeiten bis zu 30 mm·min-1 in Granulate für den Granulat-3D-Druck schneiden kann.
Außerdem steht der Messkneter 350 E zur Verfügung, der zur Charakterisierung von thermoplastischen keramischen und metallokeramischen Massen in Labormaßstab eingesetzt werden kann. Der Knetraum hat ein Volumen von 340 cm³ und ist mit Walzenschaufeln bestückt. Es können Keramik/Metall-Binder-Mischungen mit einen Drehmoment bis zu 400 Nm und einer Temperatur bis zu 300 °C beaufschlagt werden, um ihr Aufschmelz- und Plastifizierungsverhalten zu untersuchen. Alle Komponenten werden regelungstechnisch über die Metastation 8E zusammengeführt, die außerdem umfangreiche Aufzeichnungs- und Auswertemöglichkeiten der Prozessparameter bietet. Dazu gehören beispielsweise Drehmomentverlauf, Temperaturprofile, Dosiergeschwindigkeit und Druckentwicklung am Mundstück.
Ein besonderer Schwerpunkt soll bei der Nutzung der neuen Anlage auf die Erforschung von Bindersystemen basierend auf nachwachsenden Rohstoffen gelegt werden, die eine rein thermische Entbinderung ermöglichen. Im Gegensatz zu bisherigen Bindern, die lösungsmittelbasierte Prozesse erfordern, bietet die thermische Entbinderung Vorteile hinsichtlich Umwelt-und Arbeitsschutz sowie geringeren Kosten für die Reststoffnachbehandlung. Dadurch kann das Nachhaltigkeitspotential der additiven Fertigung für anwendungsspezfische Werkstoffsysteme vollständig genutzt werden.
Der 3D-Druck erlaubt insbesondere die Herstellung von Sondergeometrien und Leichtbaukonstruktionen, die über konventionelle Formgebungsverfahren nicht realisierbar sind. Erweitert wird dies durch die Möglichkeit zur Kombination verschiedener Werkstoffe in einem Bauteil zu Erzeugung anwendungsspezifischer Werkstoffverbunde.
Das Projekt wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und aus Steuermitteln auf Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushaltes dankenswerterweise ermöglicht (Vorhaben-Nr. 100752473).