Multimaterial-AM auf Basis von Powderbed- und Extrusionsverfahren

• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Biochemie ; Biomaterialien ; Bioverfahrenstechnik ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Kunststofftechnik ; Leichtbau, Textiltechnik ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Mechanische Verfahrenstechnik ; Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Pharmazie ; Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533332757

Additive Fertigung (AM) bietet das Potenzial das Engineering grundlegend zu transformieren, vergleichbar mit dem Impact von KI und Big Data. Offene und vielseitig einsetzbare Forschungsplattformen sind hierbei unerlässlich, um wissenschaftliche Fragestellungen zu erforschen und innovative Lösungen zu generieren. Der Forschungsbereich Multimaterial-AM, in welchen die beantragten Geräte eingebunden werden, erweitert die Forschungsinfrastruktur der HTWK, um die Transformation des Engineerings zur additiven Fertigung nachhaltig zu begleiten und zu formen. Der vorliegende Antrag erweitert die vorhandene Forschungsinfrastruktur mit drei modernen Forschungsgeräten, welche die Verknüpfung von Materialcharakterisierung und Prozessentwicklung ermöglichen. Dies dient dem Kompetenzausbau und der Schaffung einer Umgebung zur grundlagenorientierten Forschung der HTWK im Bereich von hybriden und generativen Fertigungstechnologien. Zunächst beantragen wir die Anschaffung eines Powderbed-Fusion/IR-3D-Drucksystems, welches mittels Inkjetdruck Absorbermaterialien bildbasiert appliziert und Pulver lokalisiert durch elektromagnetische Energie verschmilzt. Kommerzielle Lösungen realisieren mechanische und optische Funktionen. Neben den Eigenschaften von Pulvern kann hierbei auch die Zusammensetzung der Tinte durch aktive Materialien variiert und somit multimateriale Bauteile erzeugt werden. Dies ermöglicht die integrative Fertigung von Struktur und z. B. elektrischer Funktionalität in einem Fertigungsschritt. Der gewählte 3D-Drucker verarbeitet thermoplastische Pulver, kann jedoch durch den Einsatz entsprechend druckbarer Fluide auch als Binderjet genutzt werden, um metallische, anorganische oder medizinisch-relevante Pulvermaterialien funktional zu strukturieren. Zusätzlich beantragen wir ein 3D-Bioprinting-Scaffolder, dessen Dosierköpfe nach dem Fused Layer Modeling (FLM) und nL-Tröpfchen-Verfahren arbeiten und in eine Laminar-Flow-Box eingebracht sind. So hergestellte sterile Produkte können direkt für Zellbesiedelungsversuche genutzt werden. Im Printer werden eigenentwickelte Druckköpfe integriert, so dass die Nutzungsmöglichkeiten des Systems stetig erweitert werden. Durch gleichzeitigen Einsatz unterschiedlicher Druckköpfe sind Hybridstrukturen in komplexen Materialkombinationen realisierbar. Zuletzt beantragen wir noch die Erweiterung eines bestehenden Präzisionsrheometers in Bezug auf granulare Medien, um den Fluss von Pulvermaterialien analysieren und somit für die Optimierung von Prozessen nutzen zu können. Die Kombination der Geräte im Forschungsbereich Multimaterial-AM erlaubt die gesamte Prozesskette von der Charakterisierung der Ausgangsmaterialien, über verfahrensspezifische Material- und Prozessentwicklung bis hin zur Struktur- und Eigenschaftscharakterisierung abzubilden. Damit erfolgt die Etablierung eines eigenständigen Forschungszweiges und eine aktive Beteiligung an der Grundlagenforschung sowohl auf nationaler wie auch internationaler Ebene.

• DFG-Verfahren: Großgeräteinitiative
• Großgeräte: 3D-Druck-Bioprinter inkl. Laminar Flow Box ; Powderbed-Fusion/IR-3D-Drucksystem ; Pulverscherzelle mit Feuchtigkeits- und Temperaturregelung
• Gerätegruppe: 2110 Formen-, Modellherstellung und gießereitechnische Maschinen
• Antragstellende Institution: Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Ingo Reinhold
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Faouzi Derbel; Dr.-Ing. Tobias Flath; Professor Dr.-Ing. Paul Rosemann; Professor Dr.-Ing. Fritz Peter Schulze