Hallo, herzlich willkommen zum Lehrstuhl für Polymerwerkstoffe vom Department Materialwissenschaften

und Werkstofftechnik der Friedrich-Olexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Ich würde euch heute ein

bisschen zeigen, was wir hier so zum Thema 3D-Druck machen. Dazu haben wir hier ein bisschen

was aufgebaut. 3D-Druck kann man mittlerweile schon in viele Bereiche unterteilen. Es gibt

ein selektives Laserstrahl, es sind dann Fused Filament Fabrication und Schlickerextrusion.

Wir am Lehrstuhl für Polymerwerkstoffe befassen uns jetzt mit der Fused Filament Fabrication.

3D-Druck, was kann man sich jetzt unter dem FFF-Verfahren vorstellen? Prinzipiell funktioniert

das wie eine Heißklebepistole. Da wird ein Strang Polymer aufgeschmolzen, durch eine

Düse extrudiert und dann durch Verfahren des Druckkopfes definiert auf der Oberfläche

abgelegt. Warum ist das so praktisch? Nun, damit kann man ganz fein verschiedenste Geometrien

am Computer vordesignen und dann direkt ausdrucken, ohne groß Maschinenzeiten einzuplaan oder

Werkzeuge umrüsten zu müssen. Gut, hier haben wir noch so einen etwas anwendungsnäheren

3D-Druckkopf, wie man sieht, das Polymer als Filamentfaden vorbereitet. Das wird dann

in diese Düse in diesem Format gepresst über einen Antrieb und durch diese kleine Düse

dann eben abgelegt. Somit kann man sehr feine Strukturen erzeugen, wie zum Beispiel diesen

Schädelknochen von einem T-Rex. Sowas könnte man jetzt über konventionelle Fertigungsverfahren

eher schlecht realisieren und wenn dann wäre es sehr sehr teuer. Besonders am 3D-Druck

ist natürlich auch noch, dass man damit komplexe Hohlgeometrien und auch Hinterschnitte fertigen

kann. Und um so komplexe Bauteile natürlich einwandfrei fertigen zu können, würden wir

uns jetzt mal ein paar Einstellungsparameter anschauen. Gut, dann schauen wir uns die Sache

mal an, wenn wir versuchen diesen T-Rex-Schädel zu drucken. Wir haben ja schon mal die Geometrie

als STL-File vorbereitet und gucken uns jetzt mal an, welche Parameter wir für den Druck

einstellen können. Erster und mit aus wichtigster Parameter ist die Schichthöhe, das heißt

in welchem Abstand die einzelnen Schichten aufeinander gelegt werden. Gängeeinstellungen

sind hier 0,3, 0,2 und 0,1 mm. Jedoch muss man dann auch bedenken, dass diese Schichthöhe

auch drastisch in die Druckzeit mit eingeht. Hier zwischen gröbster Auflösung mit den

0,3 sind wir bei knapp zwei Stunden bis zur feinsten Auflösung, dann bei über acht

Stunden. Das ist ein Trade-off zwischen Detail- und Druckgeschwindigkeit. Nächster wichtiger

Parameter ist dann die Materialwahl. Wir haben hier PETG ausgewählt, das kennt man auch

aus den PET-Kunstoffflaschen, die man dann immer recyclen muss beim Supermarkt. Mit

dem kann man also auch 3D-Druck machen. Was wir auch noch einstellen können ist die In-Fill-Dichte.

Das ist quasi das Material, was wir zwischen unseren Randschichten mit eingeben.

Wir wählen jetzt mal die grobste Druckauflösung. Eine In-Fill-Dichte von 20% reicht meistens

und die Drucktemperatur für dieses Material ist hinterlegt, das sind die 235 Grad. Was

die Software dahinter macht ist, sie zerlegt dieses Modell in diese einzelnen Schichten

und berechnet dann den Weg von der 3D-Druckdüse, um dieses Modell abzubilden. Danach wird

er ein bisschen nach oben verfahren und das Modell dann schichtweise aufbauen.

Gut, dann starten wir den Druck mal.

So weit zu den Einstellungen, wenn man sich einfach nur ein paar Modelle ausdrucken will.

Aber wir hier an der Uni beschäftigen uns natürlich noch ein bisschen tiefer gehen

mit der Materie. Speziell wenn man solche Bauteile fertigt, ist auch immer gut zu wissen,

wie weit kann ich die belasten, in welche Einsatzumgebungen kann ich die geben, was

kann ich am Schluss mit denen maximal machen. Beim FDM-3D-Druck ist es entscheidend, sich

die Haftung zwischen den Schichten anzugucken. Das ist quasi, wenn ich mit der Heißgläbistole

eine Schicht ablege und wie gut schmilzt die nächste Schicht dann darauf aus. Wir sagen

dazu die Print Orientation. Hier habe ich mal drei Extrembeispiele mitgenommen. Hier

haben wir einmal Zugprüfstäbe, die werden in der Maschine eingespannt und dann belastet.

Hier habe ich jetzt drei Beispiele mitgebracht. Einmal sind die einzelnen Fasern in Zugrichtung

angeordnet und die Grenzflächen parallel dazu. Einmal ist es dazwischen, das sind 45 Grad

und einmal sind die Grenzflächen genau senkrecht zur Zugrichtung angeordnet. Was das so grob