Plasmatechnologie im 3D-Druck
Haftungsverbesserung beim Verkleben von Teilen
In den letzten Jahren hat der 3D-Druck zunehmend an Bedeutung gewonnen und ist inzwischen als Fertigungstechnologie in der Industrie wie auch im privaten Bereich etabliert. Durch die gestiegene Bedeutung wachsen nun entsprechend die Anforderungen an Qualität, Materialvielfalt und Robustheit. Bereits seit Jahren forscht daher das Regensburger Unternehmen relyon plasma GmbH zum Thema Plasmaaktivierung im 3D-Druck .
Eine große Herausforderung für die Creabis GmbH ist der 3-Druck von großen und komplexen Bauteilen, da herkömmliche 3D-Drucker eine Bauteilgröße von maximal 600 mm haben. Um die Vorteile des 3D-Drucks auch bei größeren Bauteilen nutzen zu können, werden ebensolche als Einzelteile gedruckt und anschließend verklebt. In der Praxis sind die Festlegung von möglichst breiten Klebefugen und das Kleben selbst, ein nicht zu unterschätzendes Problem. Vor allem bei langen schmalen Bauteilen, welche Stoß auf Stoß geklebt werden, ist die geforderte Festigkeit der Klebeverbindung oft nicht ausreichend.
Diese Schwäche des 3D-Drucks ist wiederum die Stärke der Plasmatechnologie der relyon plasma GmbH. Wenn eine Oberfläche vor dem Verkleben mit Plasma funktionalisiert wird, zeigen die daraus resultierenden Verklebungen eine deutliche Haftungsverbesserung. Diese Oberflächenfunktionalisierung durch Plasmabehandlung beruht im Wesentlichen auf zwei Effekten: Der Feinstreinigung der Oberfläche von organischen Verunreinigungen sowie der Erhöhung der Oberflächenenergie für eine verbesserte Benetzbarkeit durch den Kleber.
Für den 3D-Druck ist das effiziente und kompakte Plasma-Handgerät, der piezobrush PZ2 von relyon plasma, hervorragend geeignet, da das Endanwendergerät keine spezialisierten, technischen Kenntnisse und aufwändige Infrastrukturen benötigt. Hierbei bildet der TDK CeraPlas Plasmagenerator, ein Hochspannungsentladungs-Bauelement für die Plasmaerzeugung das Herzstück dieses Plasma-Handgerätes.
Zwei konkrete Anwendungsfälle der Creabis GmbH zeigen eindrücklich welches Potenzial in der Verwendung des piezobrush PZ2 bei der Verarbeitung von 3D-gedruckten Einzelteilen besteht. Die Türinnenverkleidung eines innovativen Elektro- Kleinserienfahrzeugs eines deutschen Start-Ups wurde von Creabis aus ungefülltem PA12 durch selektives Laser Sintern (SLS) in vier Einzelteilen gedruckt. Anschließend wurden diese mit Plasma aktiviert und mit Cyanacrylat (Sekundenkleber) gepunktet. Rund eine Stunde später, in der die Plasmaaktivierung der Teile immer noch anhält, wurden sie mit Zwei-Komponenten-Kleber final strukturverklebt.
Dipl. Phys. Ralf Deuke, Inhaber der Creabis GmbH fasst diesen Erfolg zusammen: „Durch die Verwendung des piezobrush PZ2 ergeben sich nun Möglichkeiten bei der Verklebung von Einzelteilen, die bislang undenkbar waren.“
Das zweite Beispiel ist eine Motorradverkleidung für den Rennsport, die im 3D-Druck aus zwölf Einzelteilen gefertigt und nach einer Vorbehandlung mit dem piezobrush PZ2 verklebt wurde. Die dabei erreichte Klebefestigkeit stellt sicher, dass die Verkleidung nach der Montage am Motorrad, selbst bei Geschwindigkeiten über 200km/h zusammenhält. Interne Tests zeigen, dass die mit Plasmatechnologie behandelten Bauteile eine 3-fach höhere Festigkeit der Klebeverbindung aufweisen als unbehandelte Teile.
