Im Bereich des 3D-Drucks unterscheiden wir grundsätzlich zwischen filamentbasierten und granulatbasierten Systemen, wie wir es in früheren Beiträgen bereits beschrieben haben. Während beim filamentbasierten Ansatz ein vorgefertigter Kunststoffstrang verarbeitet wird, arbeiten granulatbasierte Systeme direkt mit Materialien aus der Spritzgussindustrie. Diese werden über eine Extruderschnecke gefördert, aufgeschmolzen, homogenisiert und anschließend durch eine Düse ausgetragen, wodurch Schicht für Schicht ein Bauteil aufgebaut wird. Der große Vorteil liegt hier klar auf der Materialseite: Granulate sind deutlich günstiger verfügbar und bieten gleichzeitig eine wesentlich größere Bandbreite an Werkstoffen und Additiven.
Materialzufuhr als limitierender Faktor
In der praktischen Anwendung zeigt sich jedoch, dass gerade bei höheren Austragsraten oder komplexeren Materialkombinationen die Materialzufuhr zum limitierenden Faktor werden kann. Klassischerweise arbeitet man mit einem Trichter direkt am Extruder. Dieser ist jedoch immer durch sein Volumen begrenzt, was dazu führt, dass regelmäßig Material nachgefüllt werden muss. Gerade bei längeren Druckzeiten oder größeren Bauteilen bedeutet das einen erhöhten Betreuungsaufwand und unterbricht im Zweifel den Prozess. Alternativ kann das Material von extern zugeführt werden, wodurch sich größere Volumina bereitstellen lassen und die Maschine deutlich autonomer arbeiten kann.
Unser Entwicklungsprojekt: Gebläseförderung für Granulat
Genau an dieser Stelle setzen wir mit unserem aktuellen Entwicklungsprojekt an. Ziel ist es, eine Gebläseförderung für Granulat zu entwickeln, die eine kontinuierliche und automatisierte Materialzufuhr ermöglicht. Dabei wird das Granulat über ein Schlauchsystem mithilfe eines Luftstroms vom Materialbehälter zum Extruder transportiert. Solche Systeme sind aus der Kunststoffindustrie grundsätzlich bekannt – entscheidend ist für uns jedoch die Art und Weise, wie wir diese in den 3D-Druck integrieren und erweitern.
Intelligente Regelung: bedarfsgerechte Förderung
Ein wesentlicher Bestandteil ist die intelligente Regelung des Systems. Am Extruder befindet sich ein Zwischentrichter, der kontinuierlich seinen Füllstand überwacht. Sobald dieser unter einen definierten Wert fällt, startet die Förderung automatisch und transportiert neues Material nach. Sobald der gewünschte Füllstand wieder erreicht ist, wird der Prozess gestoppt. Dadurch läuft die Förderung nicht permanent, sondern nur bei tatsächlichem Bedarf. Das System arbeitet dadurch effizient und ermöglicht einen stabilen und weitgehend autonomen Druckprozess ohne manuelles Eingreifen.
Mischung bereits im Fördersystem
Ein weiterer zentraler Punkt unserer Entwicklung ist die Möglichkeit, mehrere Materialkomponenten bereits während der Förderung miteinander zu vermischen. In klassischen Systemen findet die Durchmischung erst im Extruder statt, was jedoch stark von der Geometrie und Länge der Schnecke abhängt. Gerade bei kompakten Extrudern ist die Homogenisierung oft nicht ausreichend. Unser Ansatz ist es daher, die Mischung bereits vor dem Extruder stattfinden zu lassen. Mehrere Komponenten werden im Fördersystem zusammengeführt und durch den Luftstrom transportiert, wodurch eine erste Durchmischung entsteht. Im Prinzip ersetzt das die manuelle Vormischung – nur eben kontinuierlich und reproduzierbar im Prozess integriert.
Dadurch gelangt das Material bereits homogener in den Extruder, was die Prozessstabilität insgesamt erhöht. Gleichzeitig eröffnet es die Möglichkeit, gezielt mit Additiven zu arbeiten: Farbzusätze, Treibmittel oder andere funktionelle Komponenten können direkt im Materialstrom eingebracht werden. Auch die Kombination aus Rezyklaten und Neumaterial lässt sich auf diese Weise deutlich einfacher realisieren. Gerade im Kontext von Recycling und nachhaltiger Materialnutzung ist das ein wichtiger Schritt, da sich Materialströme flexibler gestalten lassen und neue Eigenschaften gezielt eingestellt werden können.
Skalierbarkeit: mehrere Extruder aus einer Quelle
Ein weiterer Aspekt ist die Skalierbarkeit des Systems. In unserem Multiprint-Ansatz arbeiten wir mit mehreren Druckköpfen parallel. Die Gebläseförderung ist so ausgelegt, dass mehrere Extruder gleichzeitig mit Material versorgt werden können. Ein zentrales System speist dabei mehrere Druckköpfe und gewährleistet so eine durchgängige Materialversorgung. Dadurch lassen sich nicht nur größere Bauteile effizient fertigen, sondern auch parallele Prozesse stabil betreiben.
Integration: eigenständig oder eingebunden
Parallel dazu entwickeln wir das System so, dass es sowohl eigenständig als auch integriert eingesetzt werden kann. Es wird möglich sein, die Gebläseförderung als eigenständige Lösung mit eigener Steuerung und Benutzeroberfläche zu betreiben. Gleichzeitig kann sie über eine Schnittstelle direkt in unsere bestehenden Systeme eingebunden werden, sodass die gesamte Steuerung über die vorhandene Bedienoberfläche erfolgt. Für den Anwender bedeutet das maximale Flexibilität, da sich das System sowohl nachrüsten als auch vollständig in neue Anlagen integrieren lässt.
Fazit
Insgesamt erweitert dieses System die Möglichkeiten im granulatbasierten 3D-Druck deutlich. Die Kombination aus automatisierter Förderung, intelligenter Regelung und vorgelagerter Materialmischung ermöglicht nicht nur effizientere Prozesse, sondern auch einen deutlich größeren Spielraum bei der Materialentwicklung. Es geht dabei nicht nur darum, Material zum Extruder zu bringen, sondern aktiv Einfluss auf die Materialeigenschaften im Prozess zu nehmen – und damit neue Anwendungsfelder zu erschließen.