Laufzeit: 01.11.2020 – 31.10.2022

Forschungseinrichtungen:

Fraunhofer-Gesellschaft e.V. Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV

Abschlussbericht folgt in Kürze.

Ziel war die Verbesserung der Oberflächengüte von 3-D-gedruckten Formen und Kernen, um möglichst eine Rauheit von 12,5 Mikrometer oder besser zu erreichen und z.B. die bekannten Treppenstufen-Effekte auf geneigten oder Freiform-Flächen zu vermeiden.

Erstmalig wurde für den Druck von Sandformen und –kernen ein graustufenfähiger Druckkopf verbaut und ein Parametersatz für Furanharzsysteme entwickelt. Durch den entstehenden Parameterraum konnte ein Zusammenhang zwischen Maßhaltigkeit und Bindergehalt gezeigt und die Einflussfaktoren auf diese Kontrollgröße erarbeitet werden. So wurde unter anderem an einem technischen Demonstrator gezeigt, wie die Migration des Furanbinders im Graustufendruck gezielt eingesetzt werden kann. Die für Furanharz charakteristischen makroskopischen Übermaße wurden systematisch untersucht und die Einflussfaktoren herausgearbeitet. Den stärksten Einfluss hat die Mischung der Reaktionspartner. Die Übermaße spielen in der Praxis eine große Rolle, da sie nicht stabil sind – Veränderungen im Materialsystem oder am Druckkopf können Schwankungen verursachen, die bisher unklar waren.

Weiterhin wurde die Migration des Binders im Pulverbett mit Hilfe von fluoreszierenden Farbstoff beobachtet. Dies deutet auf eine Migration über die Gasphase hin.

Weiterhin wurden die Einflussgrößen Druckkopf und Beschichter ausführlich in Simulation und Experiment untersucht. Im Bereich Tropfenflug und Migration wurden Hochgeschwindigkeitsaufnahmen angefertigt und das Verhalten des Binders charakterisiert. Ein Simulationsmodell ist in der Lage, die Infiltration und die Flüssigmigration im Pulverbett zu berechnen. In einer Partikelsimulation wurden verschiedene Beschichtergeometrien getestet und experimentell validiert. Bei der Validierung konnten einige Größen, insbesondere makroskopische Veränderungen am System, gut abgebildet werden. Rauheitskenngrößen sind nur schwer vorauszusagen. Dies könnte am Modellierungsansatz liegen, bei dem idealisierte Kugeln angesetzt werden.

Abschließend wurde der Unterschied auf den Bauprozess durch unterschiedliche Beschichtergeometrien anhand mechanischer Kennwerte ermittelt und die Grenzen des Verfahrens für minimale Schichtstärken gezeigt.

Das in diesem Projekt erarbeitete Wissen wird die Grundlage für signifikante Verbesserungen im Sand Binder Jetting bilden. Die technischen Voraussetzungen für die Steigerung von Schichtstärken und die einhergehende verbesserte Wirtschaftlichkeit sowie für bisher unerreichte Oberflächenqualität ist nun gegeben.

Veröffentlichung: GIESSEREI 6/2023 S. 82ff.