Siliconwürfel aus dem Drucker - Wacker Chemie AG


Siliconwürfel aus dem Drucker

Revolution des 3D-Drucks

Doch seit Herbst 2016 ist das anders. Auf der Kunststoffmesse K in Düsseldorf stellt WACKER den weltweit ersten industriellen 3D-Drucker für Silicon vor: ACEO® Imagine Series K, eine komplett eigenständige Lösung, bei der sowohl das Material als auch Hard- und Software von Grund auf neu konzipiert wurden. Die Chemiker des Konzerns standen vor der Herausforderung, das eigentlich hochviskose Silicon in eine Form zu bringen, die es erlaubt, winzige Tröpfchen durch die Düse eines Druckkopfs auf einer Oberfläche abzusetzen – und zwar nur dort, wo es die Software vorsieht. „Drop on demand“ nennen das die Entwickler. Die winzig kleinen Tropfen, von den Fachleuten als Voxel (Volumen-Pixel) bezeichnet, fließen ineinander und formen dadurch eine homogene Schicht. Um diese Anforderungen zu erfüllen, mussten die Fachleute eine völlig neue Siliconformulierung entwickeln.

Auch für die Steuerung des Druckers konnten sie keine Lösung von der Stange verwenden. Denn die Umwandlung der räumlichen Daten in eine hochpräzise mechanische Bewegung der Maschine ist alles andere als trivial. „Da wir ein besonderes Material und dafür einen eigenen Drucker haben, mussten wir auch eine eigene Software entwickeln, die auf unsere Anforderungen abgestimmt ist“, sagt Dr. Bernd Pachaly. Diese Software werde vom ACEO®-Team ständig weiterentwickelt und angepasst.

Tröpfchen für Tröpfchen

Nachdem der Drucker Schicht für Schicht die Silicontröpfchen aufgetragen hat, kann der Anwender sein Objekt sofort aus dem Drucker nehmen und verwenden – ohne Nachbearbeitung.

Nachdem der Druckkopf entsprechend der Druckanweisung eine Schicht aus Silicon abgesetzt hat, hält er kurz an und ein Strahl aus UV-Licht aktiviert die Vernetzungsreaktion in dem Elastomer. Sofort vulkanisiert das Silicon. Anschließend trägt der Druckkopf die nächste Lage aus Silicontröpfchen auf. Dank der Vulkanisation entsteht nun ein homogener Körper aus gummielastischem Silicon, denn das Material verbindet sich auch mit den weiteren Schichten, die aufgetragen werden. Ist der Prozess beendet, kann der Anwender sein Objekt sofort aus dem Drucker nehmen. Eine Nachbearbeitung ist nicht nötig.

Zusätzlich haben die WACKER-Experten sogar eine Möglichkeit gefunden, um Überhänge und Hohlräume zu drucken: Wo später kein Silicon sein soll, wird ein Stützmaterial für darüber liegende Schichten gedruckt. Es handelt sich um ein wasserlösliches Polymer, das sich nach der Fertigung einfach auswaschen lässt. Dank dieses Materials kann der Nutzer ganz ohne zusätzliche Formen oder Werkzeuge Objekte erzeugen, die mit anderen industriellen Fertigungsverfahren nicht herstellbar wären. Der 3D-Druck von Silicon ermöglicht somit völlig neue Objektdesigns – etwa einen Würfel mit einer dreidimensionalen Gitterstruktur.

Dieses Beispiel zeigt, welches Potenzial im 3D-Druck mit Silicon steckt. Der „Würfel“ kann nämlich fast wie ein Schwamm zusammengedrückt werden; lässt der Halter ihn los, nimmt er wieder seine ursprüngliche Form ein. Solche gedruckten elastischen Objekte eignen sich zum Beispiel als maßgeschneiderte Dämpfungselemente, etwa in Einlegesohlen. Auch Fahrzeugherstellern eröffnen sich ganz neue Perspektiven: Denn in jedem Auto, Zug oder Flugzeug stecken zahlreiche Kleinteile aus Siliconkautschuk: Dichtungen, Stecker, Schläuche, Dichtlippen für Türen und vieles mehr.

Schon jetzt spielt Silicon im Fahrzeugsektor all seine Stärken aus: Es ist bei Temperaturen von –80 bis +180 Grad Celsius beständig, resistent gegen Chemikalien und UV-Strahlung und in unterschiedlichen Härtegraden erhältlich. All diese Eigenschaften kommen nun auch in der Welt des gedruckten Silicons zum Zug – und dies auch in kleinen Stückzahlen bis hin zum Einzelexemplar. „Im Automobilsektor wird die aufwendige Lagerhaltung von Siliconteilen, die nicht in sehr großen Stückzahlen gebraucht werden, überflüssig“, davon ist Bernd Pachaly überzeugt.