Teilvorhaben "Funktionalisierung eines neuartigen thermoplastischen Polyurethanpulvers für das Selektive Lasersintern elastischer Bauteile" im Verbundprojekt "Funktionalisierung eines neuartigen thermoplastischen Polyurethanpulvers für das Selektive Lasersintern elastischer Bauteile (SLSElasto)"

Abstract

Das Forschungsprojekt SLSElasto hatte das Ziel, die gesamte Prozesskette des Selektiven Lasersinterns (SLS) für ein neuartiges, besonders weiches thermoplastisches Polyurethan (TPU) mit einer Shore-A-Härte von 50–60 zu entwickeln. Bestehende TPU-Pulver mit einer höheren Härte (Shore A 90) sind für viele Anwendungen, beispielsweise in der Robotik, Medizintechnik und für ergonomische Schutzhüllen, ungeeignet. Der innovative Ansatz von SLSElasto lag in der Optimierung des Pulvermaterials für den SLS-Prozess sowie der Entwicklung eines Funktionsbaukastens, der eine additiv-gerechte Konstruktion elastischer Bauteile ermöglicht. Hierdurch sollten nicht nur Materialeigenschaften, sondern auch geometrische Strukturen zur gezielten Einstellung der Elastizität genutzt werden. Während sich das SLS-Verfahren zunehmend für die Serienfertigung etabliert, ist die Materialauswahl nach wie vor stark eingeschränkt. Der Markt wird derzeit von Polyamid 12 (PA 12) dominiert, das für viele Anwendungen ungeeignet ist. TPU bietet als elastisches Material große Potenziale, doch bisher verfügbare Pulver waren entweder zu hart oder schwer verarbeitbar. Frühere Versuche mit weicheren TPU Varianten (Shore-A 83) scheiterten an Herausforderungen wie Caking, schlechter Fließfähigkeit und mangelnder industrieller Handhabbarkeit. Im Rahmen von SLSElasto wurde ein neuartiger Herstellungsprozess entwickelt, der erstmals sphärische TPU-Pulverpartikel mit einer Shore-A-Härte von 50–60 ermöglicht. Erste Voruntersuchungen zeigten vielversprechende mechanische Eigenschaften, wie eine Bruchdehnung von über 450 %. Durch gezielte Materialmodifikationen und die Anpassung des SLS-Prozesses konnte das Material für die additive Fertigung optimiert und in industrielle Anwendungen überführt werden. Ziel des Teilprojektes der phoenix waren die Entwicklung anwendungsgerechter Konstruktionslösungen für die intendierten Zielapplikationen, der Aufbau eines Funktionsbaukastens für die Konzeption und Konstruktion von Bauteilen aus weichem TPU-Pulver mit Shore-A-Härte von 50-60 in der Zukunft und die Entwicklung der Basis für eine "phoenix-eigene" Endproduktanwendung, die 3D gedruckte orthopädische Einlage, und deren Qualifikation.