PimP my PBF: Tiefe Temperaturen für hohe Pulvernutzungsraten

SKZ und Fraunhofer IPA erforschen materialschonenden Powder Bed Fusion Prozess für Kunststoffe

Derzeit erfordert der Prozess ein Vorheizen des Kunststoffpulvers auf Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt (quasi-isothermer Prozess). Diese Prozessführung führt zu einer starken thermischen Belastung des Pulvers: Nicht verschmolzenes Material altert schnell und kann teilweise nur zu etwa 50 Prozent wiederverwendet werden. Der daraus resultierende hohe Materialausschuss ist sowohl kostenintensiv als auch ökologisch nachteilig.

Ansatz im Projekt „PimP“: Niedrigere Temperaturen, höhere Effizienz

Hier setzt das Projekt PimP an. Die Projektpartner entwickeln einen nicht-isothermen Prozess mit reduzierter Pulverbetttemperatur, um die Pulveralterung deutlich zu verringern – und das auf bestehenden Anlagen, wie sie insbesondere bei kleinen und mittelständischen Unternehmen im Einsatz sind. Dadurch könnten Materialkosten und Ressourcenverbrauch signifikant gesenkt werden.

„Unser Ziel ist es, die Wiederverwendbarkeit der Pulver deutlich zu erhöhen und gleichzeitig die Bauteilqualität auf dem heutigen industriellen Niveau zu halten“, erklärt Christian Schlör, Scientist im Bereich Materialentwicklung und -prüfung am SKZ. „Damit schaffen wir die Grundlage für einen deutlich wirtschaftlicheren und nachhaltigeren PBF-Prozess.“

Material und Prozess: Fokus auf Rohstoffe und Belichtungsstrategien

Ein Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Identifikation geeigneter Pulverrohstoffe sowie relevanter Materialeigenschaften für den Tieftemperaturprozess. Parallel dazu entwickeln die Forschenden neue Belichtungsstrategien, um den zusätzlichen Energiebedarf infolge der niedrigeren Bauraumtemperatur auszugleichen. Mehrfache Belichtungsschritte und adaptive Laserparameter sollen sicherstellen, dass die Bauteile trotz veränderter thermischer Randbedingungen eine hohe mechanische Festigkeit und hochwertige Oberflächeneigenschaften aufweisen.

Herausforderung Bauteilverzug: Prozessfenster im Fokus

Eine besondere Herausforderung ist der durch starke Temperaturgradienten verursachter Bauteilverzug. Durch gezielte Prozessoptimierungen sollen diese Effekte minimiert und stabile Prozessfenster für den industriellen Einsatz geschaffen werden. Am Ende der Laufzeit werden die entwickelten Tieftemperatur-Prozessstrategien sowohl technisch als auch wirtschaftlich mit dem aktuellen Stand der Technik verglichen. Anwender erhalten damit eine fundierte Entscheidungsgrundlage für mögliche Einsatzszenarien.

Das Projekt „PimP“, wird im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) mit dem Förderkennzeichen 01IF24822N vom 1.3.2026 bis 28.2.2028 durch den Projektträger Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) und das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.