Westsächsische Hochschule Zwickau
Kornmarkt 1
08056 Zwickau

2220HV034B

01.04.2020

Mithilfe des 3D-Drucker SCARA V4 (3D Potter) wurde das Verfahren in den Pilotmaßstab überführt. An der TUD wurde dazu eine praxistaugliche Mischung entwickelt (Schwindung 16 %, Biegefestigkeit, 2,4 MPa). Sie besteht aus 1 g Zell-Leim, 20 g Wasser und 4,5 g Holzmehl Lignobest C200 (Holzmühle Westerkamp). Das getrocknete Material hatte eine Dichte von 0,41 g/cm³, eine Schwindung von 15,9 % und eine Biegefestigkeit von 2,4 MPa. Diese vom Verbundpartner TU Dresden bereitgestellte Mischung wurde in zahlreichen Versuchen zunächst im Labormaßstab hinsichtlich Verarbeitbarkeit getestet. Dies geschah zunächst mittels eines modifizierten Druckers Vellemann K8200 mit maximalem Bauraum 20 x 20 x 20 cm3, um die Extrusionseigenschaften mit einem gebräuchlichen Extruder, der nach dem Prinzip Druckluft/Schnecke arbeitet, zu erforschen. Nach Inbetriebnahme des Large Scale Druckers SCARA V4 konnte das Material mit dem dort beigefügte Extruder erprobt werden. Da das Ergebnis mit dem nach dem Zylinder/Kolben Prinzips arbeitenden Extruders nicht zufriedenstellend war, wurde ein an die Erfordernisse angepasster Extruder selbst entwickelt. Mit diesem gelang schlussendlich die Herstellung von größeren Objekten, die für die Eignung in der Möbelfertigung getestet werden konnten. Die gefertigten Objekte lassen sich mit herkömmlichen Holzbearbeitungsmethoden gut bearbeiten. Die gedruckten Körper zeigen eine hohe Homogenität, die es auch ermöglicht, die Objekte nachzubearbeiten, um die drucktypischen Strukturen zu eliminieren. Klammern und Schrauben können gut in das Material gebracht werden, um Polstermaterial zu befestigen oder die Teile mit Platten oder gegebenenfalls mit sich selbst bei Segmentbauweise zu verbinden. Eine Oberflächenbehandlung ist gut möglich und wurde mit verschiedenen, auf natürlichen Materialien basierenden Produkten getestet.

Bisher wurden in der Holzverarbeitung hauptsächlich subtraktive Fertigungsverfahren eingesetzt. Die Materialeffizienz dieser Fertigungstechnologien ist naturgemäß begrenzt. Bei der Produktion von Holzmöbeln fallen so jährlich mehrere hunderttausend Tonnen Holzreste und Späne an. Durch den Einsatz alternativer Technologien könnte die Menge der Holzreste reduziert oder für die Produktion von Waren verwendet werden. Bei der additiven Fertigung wird das Material auf der Grundlage eines digitalen Modells schichtweise aufgetragen. Die Prozesskette ist durch die direkte Herstellung von Bauteilen auf der Grundlage von 3DCAD- Daten gekennzeichnet. Allen additiven Fertigungsverfahren ist gemeinsam, dass das verwendete Material vollständig im fertigen Werkstück verbleibt bzw. für die Produktion des nächsten Werkstücks zur Verfügung steht, was dieses Verfahren sehr materialeffizient macht. Das Liquid Deposition Modeling (LDM) ist ein 3D-Druckverfahren, das mit pastösen Materialien arbeitet. In Vorarbeiten wurden an der TU Dresden (TUD) Materialmischungen für das Liquid Deposition Modeling mit besonderem Augenmerk auf ökologische Aspekte entwickelt, wobei wasserbasierte Bindemittel aus nachwachsenden Rohstoffen (z.B. Methylcellulose, Stärke) verwendet wurden. Das Forschungsprojekt setzte die Materialentwicklung fort. Es sollte die Fragen beantworten, welche Partikelfraktionen von spanförmigen Resthölzern aus der holzverarbeitenden Industrie als Ausgangsmaterial geeignet sind und inwieweit durch alternative Bindemittel, zusätzliche Verstärkungsfasern oder Füllstoffe die Schwindung reduziert und die Festigkeit erhöht werden kann. Während die Materialentwicklung Aufgabe des Projektinitiators TU Dresden war, war es Ziel der Arbeiten an der WHZ, den 3D-Druck mit Holzwerkstoffen vom Labor- in den Pilotmaßstab zu übertragen. Auch die Marktfähigkeit sollte mit den entstehenden Prototypen geprüft werden.