Dünnschichtsensoren und -aktoren zur Inline-Steuerung von schmelzeführenden Kanälen

Obwohl kosteneffiziente additive Fertigungstechnologien im Rapid Prototyping bereits umfassend etabliert sind, müssen erhebliche Defizite produzierter Bauteile hinsichtlich Qualität und Festigkeit hingenommen werden. Aufgrund mangelnder Prozesskontrolle infolge fehlender Sensorik kann das FLM-Verfahren nicht für Bauteile mit technischem Anwendungsprofil verwendet werden. Konstruktiv bedingte Abstände zwischen Heizelement, Heißkanaldüse und Temperaturfühler sowie große Wärmekapazitäten führen einerseits zu hohen Reglerträgheiten und lassen andererseits keinen Rückschluss auf die Schmelzetemperatur zu.

Ziel des Vorhabens ist es, Dünnschichtsensoren und –aktoren mittels PVD-Verfahren zu entwickeln, welche während der Extrusion inline eingesetzt werden. Thermoelemente und Drucksensoren werden konturfolgend in die Werkzeugwand integriert, um die prozessbegleitende Bestimmung der wandnahen Schmelzetemperatur und des –drucks zu ermöglichen. In Kombination mit Dünnschichtheizschlangen wird eine aktive Regelung des Extrusionsprozesses realisiert, welche den dynamischen und instationären Bedingungen des FLM-Verfahrens gerecht wird. Die Heißkanaldüse wird konstruktiv optimiert und mittels passiven Mischelementen ausgestattet, um Temperaturgradienten im Kanal entgegenzuwirken. Mit dem Ziel das Reaktionsverhalten und die Standzeiten zu verbessern, wird der multilagige Verbund mit einer wärmeleitenden und verschleißbeständigen Deckschicht überzogen. Das Vorhaben ermöglicht Belastbarkeiten von Bauteilen zu gewährleisten, da Fertigungsparameter überwacht und protokolliert werden können.