Plasmatechnologie im 3D-Druck

piezobrush® PZ2 Plasma-Handgerät (Bild: relyon plasma GmbH)

13.06.2019 Plasmatechnologie im 3D-Druck

Für die Oberflächenfunktionalisierung von 3D-Bauteilen zur späteren besseren Verklebung setzt die Creabis GmbH den piezobrush® PZ2 der relyon plasma GmbH ein – zwei Beispiele.

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. Seit Jahren forscht die relyon plasma GmbH, eine Tochter der TDK Electronics, 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 diese 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. 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 kompakte Plasma-Handgerät, der piezobrush® PZ2 von relyon plasma, geeignet, da das Endanwendergerät keine spezialisierten technischen Kenntnisse und aufwändige Infrastrukturen benötigt. Dabei ist der TDK CeraPlas™ Plasmagenerator, ein Hochspannungsentladungs-Bauelement für die Plasmaerzeugung, das Herzstück dieses Plasma-Handgerätes.

Zwei konkrete Anwendungsfälle der Creabis GmbH zeigen, welches Potenzial in der Verwendung des piezobrush® PZ2 bei der Verarbeitung von 3D-gedruckten Einzelteilen besteht. Die Türinnenverkleidung eines Elektro-Kleinserienfahrzeugs eines deutschen Start-ups wurde von Creabis aus ungefülltem PA12 durch selektives Lasersintern (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, werden sie mit 2K-Kleber final strukturverklebt.

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 dreifach höhere Festigkeit der Klebeverbindung aufweisen als unbehandelte Teile.