Az additive gyártás világosságot hoz a sötétségbe

Háttérvilágított minták – a kreativitásnak nincs határa. © Fraunhofer IPA/Fotó: Christian Bay

Háttérvilágított ajtóburkolat a 3D-nyomtatóból. © Fraunhofer IPA/Kép: Christian Bay

A gyártás időigényes, az újrahasznosítás nehéz: összetett műanyag alkatrészek, amelyek bizonyos helyeken átlátszónak kell lenniük, komoly kihívást jelentenek a gyártóknak és az ártalmatlanító vállalatoknak egyaránt. Egy kifinomult 3D nyomtatási eljárással a Fraunhofer IPA és a Bayreuthi Egyetem szakemberei most sikerült ezeket az alkatrészeket egyetlen gyártási lépésben, ugyanabból az anyagból előállítaniuk.

Legyen szó műszerfalról, díszlécről vagy a légkondicionáló és rádió háttérvilágítású gombjairól és kapcsolóiról – sok autóalkatrész és elektromos eszköz tartalmaz fényelemeket vagy szelektíven megvilágított szimbólumokat. Az autóvezetés során a sötét háttér és a világos szimbólum kontrasztja segít gyorsan felismerni a kívánt gombot éjszaka, és továbbra is a közlekedésre összpontosítani.

Még kis alkatrészek, például gombok és billentyűk esetében is több anyagra van szükség a háttérvilágítással ellátott szimbólumok gyártásához, különböző fényáteresztő képességekkel, folyamatlépésekkel vagy változó alkatrészhézagokkal. Ezek az anyagok általában szorosan összekapcsolódnak egymással, ami jelentősen csökkenti az újrahasznosíthatóságukat. A Fraunhofer IPA Gyártástechnológiai és Automatizálási Kutatóintézetének folyamatinnovációs csoportja és a Bayreuthi Egyetem Környezetbarát Gyártástechnológiai Tanszékének Impact Hub technológiai központja az additív gyártást használja annak érdekében, hogy ezeket a funkcionális műanyag alkatrészek gyártását környezetbarátabbá és gazdaságosabbá tegye.

„Az újrahasznosíthatóság és a rövid gyártási idő egyre fontosabb szerepet játszik a műszaki alkatrészek gyártásában, különösen az additív gyártásban” – mondja Marco Wimmer a Fraunhofer IPA-tól. „Az additív gyártás, az innovatív anyagok és gépi technológiák lehetőségeinek kihasználásával új gyártási lehetőségek nyílnak a funkcionális alkatrészek számára.”

Porból szelektíven áttetsző alkatrészek készülnek

A kutatócsoport Wimmer vezetésével finomra őrölt, termoplasztikus műanyagport használ az additív gyártás során szelektíven áttetsző alkatrészekhez. Például lágy termoplasztikus elasztomerek, merevebb műanyagok, mint a poli-butilén-tereftalát (PBT), vagy átlátszó, illetve áttetsző kopolimerek jöhetnek szóba. Ezeket és más kereskedelmi forgalomban elérhető vagy még fejlesztés alatt álló műanyagport a bayreuthi tudósok paraméterezik a High Speed Sintering (HSS) eljárásra, és tesztelés céljából feldolgozzák. Eredményeiket az „HSS-Material Network” nevű hálózatban mutatják be, amely a műanyagporok elérhetőségének növelését célozza szolgáltatók és felhasználók számára.

Az HSS a „Powder Bed Fusion of Polymers with Infrared Radiation” (PBF-IR/P) elnevezésű porágyas eljárások közé tartozik, melyek során egy vékony műanyagpor réteget visznek fel egy fűtött építési platformra, majd inkjet nyomtatófejekkel ragacsos tintával kezelik. Ezután egy infravörös sugárzású forrás átmelegíti a porágyat. A tinta ragacsos része elnyeli a sugárzást, felmelegszik, és szelektíven olvasztja a műanyagport. A kutatócsoport a tinták mennyiségét változtatva helyileg befolyásolhatja az alkatrész tulajdonságait.

Fény és árnyék közel áll egymáshoz

Az, hogy egy terület átlátszó-e vagy sem, attól függ, hogy mennyi ragasztó került helyileg a tinta segítségével a műanyagporra. A műanyag olvasztásához csak kis mennyiségű ragasztóra van szükség. Ez enyhén világosszürke árnyalatot ad az alkatrésznek, de a műanyagpor áttetsző tulajdonságai dominálnak. Ha több ragasztó kerül fel, mint amennyi az olvasztáshoz szükséges, a fényáteresztő képesség helyileg csökken.

A bayreuthi tudósok ezt a kölcsönhatást tudatosan kihasználva készítenek additív gyártású alkatrészeket, melyek magas felbontású mintákkal, feliratokkal és szimbólumokkal vannak ellátva, és fényforrással világíthatók meg. A tinták nyomtatási felbontásának köszönhetően nemcsak éles kontrasztokat, hanem folyamatos átmeneteket is meg lehet valósítani.

Ökológiai és gazdasági szempontból az élvonalban

Az egyedi minták, feliratok és szimbólumok, összetett háromdimenziós szerkezetek fényelemző vagy áttetsző alkatrészekkel, például szenzorok és világítás kombinációival – mindez egyetlen gyártási lépésben, anélkül, hogy az alkatrészek vastagságát módosítani kellene, az ezen kifinomult 3D nyomtatási eljárásnak köszönhetően megvalósítható. És mivel a műanyag alkatrészek ugyanabból az anyagból készülnek, könnyen újrahasznosíthatók.

„Az additív gyártás tehermentesíti a természetet és a gazdaságot: fenntartható gyártással és rövid folyamatláncokkal az alkatrészek konstruktív korlátok nélkül, szelektíven áttetsző szerkezetekkel funkcionálisan kialakíthatók” – összegzi Wimmer.