3D-Druck mit Sand soll umweltfreundlichere Gießereitechnik ermöglichen

3D-Druckverfahren für Kunststoffe und Metalle sind etabliert. Weitgehend unbekannt ist der Druck mit pulverförmigem Ausgangsmaterial. Beim Binder-Jetting-Verfahren legt ein Drucker Sandschicht um Sandschicht von nur 0,24 Millimeter Dicke übereinander und bedruckt diese lokal mit einem speziellen Binder entsprechend der gewünschten Geometrie. Im Anschluss härtet das Produkt in einer Mikrowelle aus.

Das Fachgebiet Gießereitechnik unter Leitung von Martin Fehlbier, Fachgebietsleitung für Gießereitechnik an der Universität Kassel, will das Verfahren nutzen, um Gießformen und Gießkerne zu drucken und für den Guss von Metallen nutzbar zu machen. Während sich bei Gießformen das Metall innen anlegt, ist es durch Gießkerne möglich, auch komplexe Hohlräume mit Hinterschneidungen im Produkt zu erzeugen.

3D-Druck für die CO2-Bilanz, Sandformen für den Druckguss

Der anorganische 3D-Sanddruck reduziert den CO2-Fußabdruck und die Emissionen deutlich. Dabei verzichtet er beispielsweise auf umweltbelastende Steinkohlestaubzusätze oder organische Bindersysteme. Anders ist es bisher bei altbekannten Sandgussverfahren. Die Kasseler Forscherinnen und Forscher wollen Kenngrößen und Materialeigenschaften ermitteln, um Simulationsmodelle zu erstellen oder das Anwendungspotential zu erweitern. Gleichzeitig soll das 3D-Druckverfahren die CO2-Bilanz deutlich verbessern.

Ein weiteres Forschungsziel sei der Einsatz von Gießformen und Gießkernen aus Sand im Druckguss, einem in der Industrie gängigen Verfahren. Das sei bislang nicht möglich, würde die Einsatzmöglichkeiten sandgedruckter Formen in der Gießtechnik aber deutlich erhöhen, so Fehlbier.

Mit Rheoguss zu ultraleichten Materialien 

Die Universität erweitert den Forschungsstandort außerdem um ein Aggregat für den sogenannten Rheoguss. Bei diesem Verfahren werden teil-erstarrte Aluminiumschmelzen im teigigen Zustand bei geringerem Energieeinsatz und reduzierter Schrumpfung vergossen. Dies führt im Gussprozess zu einer "laminaren" Formfüllung, was Defekte im fertigen Bauteil verringert und die Bauteilqualität erhöht. 

Die Kasseler Forschungsgruppe will den Rheoguss für ultraleichte Materialien nutzbar machen – das würde zahlreiche Möglichkeiten eröffnen, beispielsweise Fahrzeuge oder Flugzeuge leichter und damit nachhaltiger zu gestalten. 

Das Programm React-EU der Europäischen Union förderte die Investitionen in das Rheoguss-Aggregat und den 3D-Drucker der Universität mit einer insgesamt siebenstelligen Summe. Das Programm soll unter anderem die Innovationskraft der EU-Staaten erhöhen.