Laag voor laag naar meer stabiliteit: Nieuwe mogelijkheden voor 3D-printen door geïntegreerde plasmabehandeling

Oppervlaktefunctionaliteit via een in de additieve productie geïntegreerde plasma-bron. © Fraunhofer IST, Paul Kurze

De plasma-puntbron in gebruik: behandeling van een 3D-geprint onderdeel. © Fraunhofer IST, Paul Kurze / The plasma point source in action: treatment of a 3D printed component. © Fraunhofer IST, Paul Kurze

Additieve productiemethoden worden gekenmerkt door het opbouwen van onderdelen laag voor laag uit bijvoorbeeld kunststoffen. De hechting tussen de verschillende lagen speelt hierbij een belangrijke rol, omdat deze de stabiliteit van de geprinte onderdelen aanzienlijk beïnvloedt. Aan het Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST worden momenteel plasma-bronnen ontwikkeld die in 3D-printers geïntegreerd kunnen worden en zo al tijdens het printproces een gerichte chemische modificatie van het oppervlak mogelijk maken. Hierdoor kan onder andere een significante verbetering van de hechting worden bereikt, wat leidt tot nieuwe mogelijkheden voor de productie van 3D-geprinte onderdelen.

Met behulp van atmosferadrukplasma's kunnen oppervlakken gericht worden voorbehandeld, gereinigd of functioneel gemaakt. De opbouw van de plasma-bronnen is flexibel en kan worden aangepast aan de toepassing: van puntgerichte behandelingen van kleinste oppervlakken tot het bewerken van substraten van meerdere meters groot. Afhankelijk van het type behandeling kunnen verschillende functies worden bereikt, zoals het regelen van de hechting van lakken en verf of een aangepaste bevochtbaarheid. Door de combinatie van atmosferadrukplasma-behandeling en 3D-printen is het mogelijk om dit enorme scala aan functies ook in de additieve productie toe te passen en zo nieuwe toepassingsgebieden voor 3D-printen te ontsluiten. De toepassingsmogelijkheden zijn veelzijdig: van kleinschalige serieproductie met geïntegreerde oppervlaktere modificatie voor latere bewerkingen zoals metalliseren of lijmen, tot het vervaardigen van stabielere 3D-geprinte onderdelen en het experimenteel inzetten van plasma-bronnen. Mogelijke toepassingen zijn te vinden in de automobielindustrie, de lucht- en ruimtevaartsector en ook de medische technologie.

Momenteel wordt aan het Fraunhofer IST een zogenaamde plasmapuntbron gebruikt, waarmee de geprinte structuren op een relatief klein oppervlak hoog-resoluut kunnen worden gemodificeerd. Het bijzondere is dat de bron zelf klein genoeg is om in een gangbare 3D-printer ingebouwd te kunnen worden. Hierdoor kan de plasmabehandeling direct na het afzetten van de afzonderlijke lagen plaatsvinden, zonder dat grote aanpassingen nodig zijn. Het langetermijndoel van het onderzoek is de integratie van een plasma-ringbron, die direct rondom de extrusiedop wordt geplaatst en zo een behandeling mogelijk maakt tijdens het printproces.