Man sieht ihm sein Alter kaum an: Das Kunststoffpulver, das beim 3D-Druck zum Einsatz kommt, wirkt meist noch wie neu, wenn es den ersten Druckprozess durchlaufen hat. Beim Selektiven Lasersintern, einem weit verbreiteten 3D-Druckverfahren, wird das Kunststoffpulver flächig aufgebracht, erwärmt und an genau definierten Stellen mit einem Laserstrahl verfestigt. Dieser Vorgang wiederholt sich Schicht für Schicht, bis das gewünschte Bauteil fertig ist. Dabei altert das Material. Doch mit bloßem Auge ist das häufig nicht erkennbar und spielen sich auch auf molekularer Ebene ab: Am häufigsten tritt bei der Erhitzung im 3D-Drucker die sogenannte Festphasen-Nachkondensation auf. Dabei verbinden sich die Polymerketten untereinander, werden also länger. „Dabei verändern sich die Eigenschaften des Pulvers. Denn je länger die Polymerketten sind, desto höher liegen die Schmelztemperatur und -viskosität“, sagt Marc Gabaldón González vom Forschungsteam Additive Prozesse für Thermoplaste am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Alterungszustand schnell erfassen
Um zu verhindern, dass das Gebrauchtpulver den Druckprozess verlängert, den Energieverbrauch in die Höhe treibt oder minderwertige Bauteile hervorbringt, mischt es die Industrie mit neuem Kunststoffpulver. Doch eine Garantie für hochwertige Ergebnisse sind diese sogenannten Baumischungen nicht. Zuverlässige Vorhersagen über die zu erwartende Güte liefern bisher nur langwierige Prüfverfahren, betonen die Fraunhofer-Forschenden.
Gabaldón González hat eine Methode entwickelt, mit der der Alterungszustand des Kunststoffpulvers zerstörungsfrei und in wenigen Sekunden analysiert werden kann. Im Zentrum steht dabei ein mobiles Raman-Spektrometer. Damit identifizieren Zollbeamte etwa auch Drogen oder Sprengstoff. Das Messgerät lässt auch Rückschlüsse über den Zustand des verwendeten Pulvers zu, da das angezeigte Spektrum mit der Massenzunahme der Polymerketten korreliert. „Je größer die molare Masse, desto älter das Pulver“, erklärt der Chemiker. „Denn je öfter das Pulver den Prozess der Festphasen-Nachkondensation erfährt, desto länger und schwerer sind die Polymerketten.“ Im Vergleich mit den hinterlegten Referenzkurven aller untersuchten Pulver wird laut González auf einen Blick klar, in welchem Alterungszustand das Gebrauchtpulver ist.
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