Additiv gefertigte RF-Werkzeuge für eine energieeffiziente Partikelschaumverarbeitung: Projektstart 3D RadioTool

Partikelschäume wie EPS, EPP und E-TPU leisten bereits heute einen wichtigen Beitrag zur Gewichtsreduktion in Fahrzeugen, Verpackungen und Sportanwendungen. Die Herstellung der Bauteile erfolgt jedoch überwiegend mit Heißwasserdampf, wobei ein Großteil der eingesetzten Energie verloren geht. Das Forschungsprojekt 3D RadioTool verfolgt deshalb das Ziel, additiv gefertigte Werkzeuge für den Radiofrequenzprozess (RF) zu entwickeln, die sich direkt im Radiofrequenzfeld passiv erwärmen und dadurch eine effiziente Verschweißung der Schaumperlen ohne externe Werkzeugtemperierung ermöglichen.

Die Kombination aus neuartigen Werkzeugwerkstoffen und additiver Fertigung stellt dabei einen völlig neuen Ansatz für die Partikelschaumverarbeitung dar. Durch die Nutzung eines granulatbasierten 3D-Druckverfahrens können Werkzeuge mit hoher geometrischer Freiheit hergestellt werden. Gleichzeitig lassen sich spezielle Funktionsschichten integrieren, die eine gezielte Erwärmung der Werkzeugoberflächen durch das RF-Feld ermöglichen. Dadurch können Energieverluste reduziert, Zykluszeiten verkürzt und die Prozessstabilität verbessert werden.

Die Neue Materialien Bayreuth GmbH konzentriert sich im Projekt auf die Entwicklung eines neuartigen Werkzeugmaterials mit definierten dielektrischen Eigenschaften, hoher Temperaturbeständigkeit und exzellenter elektrischer Stabilität. Durch die gezielte Modifikation leistungsfähiger Thermoplaste und den Einsatz funktionaler Füllstoffe sollen Werkstoffe entstehen, die sich passiv auf Temperaturen von über 175 °C erwärmen lassen und gleichzeitig für den Einsatz im granulatbasierten 3D-Druck geeignet sind.

Die Malping GmbH entwickelt parallel ein spezielles Fertigungsverfahren auf Basis der Fused Granulate Fabrication (FGF), um die neu entwickelten Materialien zu komplexen RF-Werkzeugen zu verarbeiten. Simulationsgestützte Werkzeugentwicklung und optimierte Druckstrategien sollen eine homogene Erwärmung und eine lange Standzeit der Werkzeuge gewährleisten.

„Mit 3D RadioTool schaffen wir die Grundlage für eine neue Generation energieeffizienter Werkzeugtechnologien in der Partikelschaumverarbeitung. Die Kombination aus innovativen Werkstoffkonzepten, additiver Fertigung und Radiofrequenztechnologie eröffnet völlig neue Möglichkeiten für eine nachhaltige und wirtschaftliche Produktion von Leichtbauteilen“, erklärt Dr. Andreas Köppel, Kompetenzfeldleiter Schäume der Neue Materialien Bayreuth GmbH.

Das Vorhaben adressiert sowohl ökologische als auch wirtschaftliche Herausforderungen der Industrie. Ziel ist es, den Energieverbrauch gegenüber der konventionellen Dampftechnologie zu reduzieren. Gleichzeitig eröffnet die Technologie neue Möglichkeiten für die Verarbeitung technischer Partikelschäume auf Basis von PET, PBT oder PA, die mit klassischen Dampfverfahren nur eingeschränkt verarbeitet werden können.

Am Ende des Projekts soll ein funktionsfähiger Demonstrator entstehen, mit dem die energieeffiziente Herstellung von Partikelschaumbauteilen unter praxisnahen Bedingungen nachgewiesen wird. Damit leistet 3D RadioTool einen wichtigen Beitrag zur nachhaltigen Transformation der Kunststoffindustrie und stärkt zugleich die Wettbewerbsfähigkeit des Industriestandorts Deutschland im Bereich moderner Leichtbau- und Fertigungstechnologien.

Das Forschungsprojekt „3D RadioTool“ wird im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie gefördert (Förderkennzeichen: KK6074304CM5).