Die nächste Evolutionsstufe im 3D-Druck

Höhere Qualität und Leistungsfähigkeit durch PVB-Druckfilamente auf Mowital®-Basis

PVB-Druckfilamente wie auf Basis von Mowital® bringen gegenüber Filamenten aus PLA und ABS deutliche Vorteile für den 3D-Druck – heute und in Zukunft. Dr. Florian Mummy ist Laborleiter in der Forschung und Entwicklung bei Kuraray, einem der weltweit führenden Spezialchemie-Hersteller. Im Interview erläutert er, wie Filamente auf PVB-Basis Prozesse und Qualität im 3D-Druck maßgeblich verbessern. Sie schaffen mit ihren einzigartigen Eigenschaften die Grundlage für die Fertigung von morgen – und schonen gleichzeitig die Umwelt.

Herr Dr. Mummy, welche Entwicklungen erwarten Sie für den 3D-Druck der Zukunft?

Dr. Florian Mummy: Wir befinden uns aktuell in der zweiten von drei Evolutionsphasen. In der Vergangenheit wurde der 3D-Druck bevorzugt bei der Entwicklung zur schnellen Fertigung von Prototypen eingesetzt. Heute stellen Unternehmen bereits einzelne funktionelle Bauteile für Endanwendungen in Serie mit dem 3D-Drucker her. In Zukunft wird die Additive Fertigung zu einem Standard in der Industrie 4.0. Kundenspezifische Produkte, die im industriellen Maßstab mit 3D-Druckern hergestellt werden, gehören dann zum Alltag. Aktuell sind wir davon jedoch noch ein Stück entfernt.

Da gibt es sicher noch einige Herausforderungen zu lösen?

Mummy: Ja, denn beim Schritt hin zur Massenproduktion geht es vor allem darum, Qualität und Reproduzierbarkeit des 3D-Drucks zu verbessern. Ziel ist es, das Qualitätsniveau zu erreichen, das wir vom Spritzguss kennen. Eine Schwierigkeit dabei ist, sicher vorauszusagen, welche mechanische Leistungsfähigkeit die gedruckten Teile haben. Der Grund dafür: Das Druckmaterial (Filament) wird technologiebedingt lagenweise aufgebracht. Kommt es zu Haftungsproblemen zwischen einzelnen Schichten führt dies zum Versagen des Bauteils. Bei den häufig verwendeten Druckfilamenten auf Basis von Polylactid (PLA) oder Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS) ist diese Problematik bekannt. Druckmaterialien, die anteilig oder komplett aus Polyvinylbutyral (PVB) wie beispielsweise Mowital® bestehen, sind hier im Vorteil.

Welche Vorteile bringt Mowital® für den 3D-Druck?

Mummy: Mit Druckfilamenten auf Basis von Mowital® lassen sich 3D-gedruckte Objekte herstellen, die eine höhere mechanische Belastung aushalten. Insbesondere Steifigkeit und Bruchfestigkeit lassen sich mit dem Material steigern. Mowital® verfügt über hervorragende Haftungseigenschaften – eine wichtige Voraussetzung dafür, dass die einzelnen Druckschichten dauerhaft zusammenhalten. Ein weiterer Vorteil des Materials ist, dass es gesundheitlich unbedenklich ist. Beim Verdrucken eines Mowital®-basierten Druckfilaments entstehen nahezu keine Emissionen und unangenehme Gerüche. Zudem lassen sich mit PVB-Druckfilamenten sehr hochwertige Oberflächen herstellen.

Wie funktioniert das genau?

Mummy: Die Oberflächen von Objekten aus dem 3D-Drucker sind aufgrund der vielen Schichten zunächst rau. Für eine glatte Oberfläche erhalten sie eine spezielle Form des Polishing. Dabei werden die Oberflächen der 3D-Drucke mit einem Aerosol aus winzigen Alkoholtröpfchen besprüht. Die einzelnen Schichten verbinden sich miteinander und verfestigen so gleichzeitig das gedruckte Objekt im Ganzen. Es entsteht eine optisch sehr ansprechende, glatte und zugleich glänzende Oberfläche. Im Gegensatz zu den gängigen Filamenten aus PLA und ABS lässt sich bei Mowital®-basierten Druckfilamenten umweltschonendes und gesundheitlich unbedenkliches Ethanol als Aerosolgeber verwenden. Bei reinen PLA-Filamenten sind glatte Oberflächen mittels Polishing gar nicht möglich. Und anders als das narkotisch wirkende Aceton, das bei ABS-Filamenten verwendet wird, ermöglicht Ethanol eine wesentlich präzisere Steuerung des Polishing und damit eine höhere Qualität.

Foto: mit freundlicher Genehmigung von Polymaker

Glatte Oberflächen für schicke Designerprodukte?

Mummy: Ganz genau, und es gibt noch mehr Anwendungen: hochwertige Verpackungen beispielsweise für Kosmetikprodukte. Hierbei ist auch der einzigartig geringe Gelbwert des Materials von Vorteil. Er ermöglicht es, das Druckfilament präzise und qualitativ hochwertig einzufärben, für das perfekte Design. Auch bei vielen technischen Anwendungen werden sehr glatte und exakte Oberflächen benötigt, um beispielsweise die optimale Passgenauigkeit von Bauteilen sicherzustellen. Mowital® könnte damit in Zukunft helfen, Herausforderungen in Luft- und Raumfahrttechnik, Maschinenbau und in der Halbleitertechnologie zu lösen.

Mowital® ist kompatibel mit vielen Polymeren. Wie lässt sich diese Eigenschaft im 3D-Druck nutzen?

Mummy: Die Kompatibilität der als Druckfilament eingesetzten Polymere ist entscheidend dafür, wie gut Objekte zusammenhalten, die aus verschiedenen Materialien gefertigt sind. Mowital® ist kompatibel mit einer Vielzahl an Polymeren. Dies ermöglicht ganz neue Materialkombinationen. In unserer Forschung und Entwicklung am Kuraray-Standort im Industriepark Höchst haben wir ein eigenes 3D-Drucklabor, in dem wir mit den Kollegen von POVAL Filamente auf Basis von PVA und PVB weiterentwickeln und testen. Bei den Tests hat sich beispielsweise gezeigt, dass PVB-Druckfilamente sehr gute Ergebnisse in Kombination mit MOWIFLEX™ 3D 2000 erzielen.

Also mit dem Stützfilament von Kuraray auf PVA-Basis…

Mummy: Ja, mit MOWIFLEX™ 3D 2000 bietet Kuraray seit einiger Zeit ein eigenes 3D-Druckfilament an. Mit dem Material auf PVA-Basis lassen sich Stützstrukturen für komplexe, filigrane und überhängende Objekte drucken. Das Besondere: MOWIFLEX™ 3D 2000 ist wasserlöslich und lässt sich nach dem Druck einfach mit Wasser abwaschen, ohne dass an den Kontaktpunkten Spuren zurückbleiben. PVA ist auch der Rohstoff, aus dem Mowital® gewonnen wird.

Daher die gute Kompatibilität?

Mummy: Genau. Druckfilamente auf Basis von Mowital®, beispielsweise Polysmooth vom Filamenthersteller Polymaker, und unser eigenes Filament MOWIFLEX™ 3D 2000 haften sehr gut aneinander. In dieser Kombination können die Materialien ihr volles Potential ausspielen und liefern eine hervorragende Druckqualität. Es entstehen beispielsweise keine Fehlstellen aufgrund von Stützmaterial, das nicht ausreichend am Druckfilament haftet.

Foto: mit freundlicher Genehmigung von Polymaker

Druckfilamente auf PVB-Basis sind bisher noch Nischenprodukte. Wird sich das ändern?

Mummy: Da bin ich mir sicher. Ich erwarte, dass PVB-Materialien in Zukunft im 3D-Druck deutlich an Bedeutung gewinnen. Die Vorteile, die Druckfilamente etwa auf Mowital®-Basis bieten, sind enorm. Das Material ermöglicht eine höhere Qualität und macht die Fertigungsmethode gleichzeitig sicherer und einfacher. Mit den herausragenden Materialeigenschaften schaffen wir Lösungen für den 3D-Druck von morgen.


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