Wissenschaftler an der Uni Paderborn entwickeln Verfahren zur Herstellung neuer Kunststoffmaterialien

In einem neuen Forschungsprojekt wollen Wissenschaftler der Universität Paderborn neue Verfahren zur Herstellung beliebiger Kunststoffmaterialien in Pulverform für das Lasersintern entwickeln.

Für das Vorhaben wurde eine Laborhalle aufwändig umgebaut, mit den benötigten Apparaturen und Maschinen ausgestattet und nun nach rund zweijähriger Planungs- und Bauzeit fertiggestellt. Der Europäische Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) fördert das auf drei Jahre angelegte Projekt mit einem Projektvolumen von rund 3,8 Millionen Euro.

„Industrial Manufacturing in North Rine Westphalia“ (iAMnrw-Materials), so der Projekttitel, bündelt die Kompetenzen der Kunststofftechnik Paderborn (KTP) und des Lehrstuhls für Partikelverfahrenstechnik (PVT) sowie des Lehrstuhls für Werkstoffkunde (LWK) für ein weiteres Projekt zur Herstellung von Metallpulvern und ist zentral im Paderborner Institut für Additive Fertigung (PIAF) angesiedelt.

Hochdruck-Tanks mit Kohlenstoffdioxid und Stickstoff, Filtertechnik-Anlagen, umfangreiche Lüftungssysteme – all das befindet sich in dem zweistöckigen Labor, das für die spezielle Forschungsausrichtung des Projekts umgebaut wurde. Hier sollen künftig nicht nur neue Verfahren zur Herstellung von Kunststoffen in Pulverform entstehen, sondern auch gänzlich neue Materialien für den Lasersinter-Prozess erschlossen werden.

„Aktuell beschränkt sich die Herstellung von Kunststoff-Bauteilen mithilfe additiver Fertigung zu über 90 Prozent auf PA12, eine spezielle Variante von Nylon. Eine Erweiterung des Materialportfolios ist daher dringend erforderlich. Wenn wir neue Materialien entwickeln wollen, müssen diese komplexen Anforderungen gerecht werden. Nur durch neue Materialien können Eigenschaften wie Elastizität, Härte und Temperaturfestigkeit in den späteren Produkten entscheidend verbessert werden. Das würde eine ganze Reihe neuer Anwendungen ermöglichen“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Hans-Joachim Schmid, Gesamt-Projektleiter und Inhaber des Lehrstuhls für Partikelverfahrenstechnik.

Mithilfe von Stickstoff und CO2 zu neuen Materialien

Um für unterschiedliche Ausgangsmaterialien das bestmögliche Verfahren wählen zu können, haben sich die Wissenschaftler für zwei unterschiedliche Ansätze entschieden. Mithilfe des ersten Ansatzes wollen sie grobe Materialien durch sogenannte „kryogene Vermahlung“ in Pulverform überführen. Dabei findet eine Zermahlung des Kunststoffes bei starker Unterkühlung mit flüssigem Stickstoff statt. Damit das so erzeugte, kantige Pulver die hohen Anforderungen des Lasersinter-Prozesses erfüllt, muss es anschließend abgerundet werden. Auch dafür nimmt das Projektteam verschiedene Strategien unter die Lupe. Der zweite Ansatz fokussiert sich auf einen neuartigen Sprühprozess. Dabei wird überkritisches CO2 in einem Extruder mit geschmolzenem Polymer vermischt und anschließend in einem Sprühturm verdüst. Auf diese Weise sollen direkt runde Partikel in der gewünschten Größe entstehen. Co-Projektleiter Prof Dr.-Ing. Volker Schöppner, Inhaber des Lehrstuhls für Kunststoffverarbeitung und Vizepräsident für Lehre, Studium und Qualitätsmanagement: „Die Schwierigkeiten liegen einerseits in der schonenden Herstellung einer homogenen Mischung von CO2 und Polymer und andererseits in dem anschließenden Sprühprozess zur Herstellung der Kunststoffpulver mit den gewünschten Eigenschaften. Dies kann nur ist einer engen Zusammenarbeit von Kunststofftechnik und Verfahrenstechnik gelingen.“

Der Artikel basiert auf einer Pressemeldung der Uni Paderborn.