FlexSiliconAdditive – Flexible Additive Fertigung von 2K-Silicon-Materialsystemen

Silicone finden in Form von Formteilen in Industrie, Pharmazie, Lebensmittelindustrie und Medizintechnik aufgrund ihrer chemischen und mechanischen Eigenschaften zunehmend Verwendung. Aufgrund ihrer flexiblen Herstellung und Verarbeitungsmöglichkeiten lassen sich mit Siliconelastomeren komplex geformte Werkstücke präzise und preisgünstig produzieren. Aus Silicon hergestellte Teile sind chemisch und mechanisch äußerst robust und thermisch hochbeständig, was sie vielfältig einsetzbar macht. Dichtungs- und Fixierelemente werden z. B. ebenso aus Siliconelastomeren gefertigt, wie auch industrielle Prototypen und Präzisionsformteile. Aufgrund seiner Ungiftigkeit und leichten Reinigba keit zusammen mit seiner thermischen Beständigkeit ist Siliconkautschuk auch im Lebensmittel- und Küchenbereich ein oft eingesetzter Werkstoff.

In den letzten Jahren ist bei der Fertigung ein deutlicher Trend zu spezifischen Bauteilen in niedrigen Stückzahlen festzustellen. So besteht im Prototypenbau und im Sondermaschinenbau oft nur Bedarf für ein einzelnes Werkstück aus Silicon. Hierfür sind aber konventionelle Herstellungsverfahren wirtschaftlich nicht anwendbar. Die additive Fertigung (3D-Druck) ist für geringe Stückzahlen und komplexe Formen prädestiniert. Der Marktanteil an additiv hergestellten Bauteilen im Kleinserienbereich steigt beständig. Immer mehr unterschiedliche Materialien kommen für die additive Fertigung in Betracht. Neben konventionellen Kunststoffen (Thermoplaste, Harze) und Metallen gibt es inzwischen auch die Möglichkeit, flexible Bauteile aus (thermoplastischen) Elastomeren mit 3D-Druck herzustellen. Besonders interessant ist dabei die Additive Fertigung von Bauteilen aus dem bereits beschriebenen Siliconkautschuk.

Silicone werden typischerweise über Gießverfahren mit flüssigen oder pastösen Rohstoffen verarbeitet. Für die Industrie und Medizintechnik relevante Silicone werden entweder aus mehrkomponentigen Grundmaterialien zusammengesetzt und härten dann durch eine chemische Reaktion aus oder es kommt UV-Licht oder Wärme für die Aushärtung zum Einsatz. Selbstaushärtende Silicone, wie sie aus der Sanitärtechnik bekannt sind, werden in industriellen oder medizintechnischen Anwendungen üblicherweise nicht verwendet. Ein Vorprojekt hat gezeigt, dass Materialien der Gruppe „Liquid Silicone Rubber“ (LSR, Flüssig-Silikon) das größte Potential für den 3D-Druck haben. Diese sind aufgrund der anpassbaren Materialeigenschaften vielseitig einsetzbar und als Flüssigkeiten/Pasten verarbeitbar.

Im Rahmen des Projekts „FlexSiliconAdditive“ soll deshalb eine Anlage zur additiven Fertigung von Bauteilen aus LSR-Siliconen entwickelt werden. Die Neuheit im Vergleich zu bereits vorhandenen Druckersystemen für Silicone besteht im Einsatz von seriennahen Siliconen aus der konventionellen Spritzgussfertigung. Somit besteht keine Notwendigkeit zur Neuentwicklung spezieller 3D-Druck-Silicone. Die additiv gefertigten Prototypen besitzen außerdem bereits die Materialeigenschaften der Serienbauteile. Mit der neu entwickelten Anlage sollen insbesondere Entwicklungsabteilungen, Materialentwicklungen und Kleinserienherstellungen bedient werden.

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirt.-Ing. Michael Koch

Bearbeiter: Robin Löffler, M.Sc.

Beteiligte Partner: KL TECHNIK GmbH & Co. KG, Rapid Prototyping

Gefördert durch: Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

Zeitraum: 01. Mai 2022 – 31. Juli 2024