DE102019110332A1

DE102019110332A1 - Druckplattform für 3D-Druckverfahren

Info

Publication number: DE102019110332A1
Application number: DE102019110332.0A
Authority: DE
Inventors: Christian Neuber; Minde Jin; Hans-Werner Schmidt
Original assignee: Ppprint GmbH
Current assignee: Ppprint GmbH
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2019-04-18
Publication date: 2019-10-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine beheizbare und/oder nichtbeheizbare Druckplattform.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betriff eine Druckplattform eines extrusionsbasierten 3D Druckers, insbesondere eines FDM-3D-Druckers. Insbesondere betrifft die Erfindung die Druckplattform für extrusionsbasiertes 3D-Drucken von Polyolefinen und polyolefinbasierten Materialien mit dem gegenüber dem Stand der Technik entscheidenden Vorteilen der wesentlich stärkeren Anhaftung der zu druckenden Objekte während des 3D-Drucks und der einfachen, wiederholbaren und rückstandsfreien Ablösbarkeit der Druckplattform vom fertig gedruckten 3D-Objekt. Insbesondere betrifft die Erfindung die Druckplattform für das Fused Deposition Modeling- (FDM) oder Fused Filament-Fabrication (FFF)-Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Objekte. Die Erfindung der hier beschriebenen Druckplattform für einen extrusionsbasierten 3D-Drucker, insbesondere eines 3D-Druckers zur Durchführung von FDM-Verfahren, ist beheizbar oder nichtbeheizbar ausgebildet.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist des Rapid Prototyping (RP) als Schichtenfertigung durch sequenzielles schichtweises Auftragen von Materialien bekannt. Unter allen RP-Technologien sind die extrusionsbasierten Verfahren mit dem Fused Deposition Modeling (FDM), oder auch als Fused Filament Fabrication (FFF) bekannt, eines der am weit verbreiteten 3D-Druckverfahren, insbesondere im Hinblick auf Kosteneffektivität und Einfachheit. Der Druckprozess beinhaltet das Aufbringen von geschmolzenem Druckmaterial auf eine Druckplattform. Die bekannten Druckverfahren nutzen die Schmelz- und Wiedererstarrungseigenschaften von thermoplastischen Materialien beim Erwärmen und Abkühlen dieser Materialien.
Bekannte Materialien für den extrusionsbasierten 3D-Druck sind vorteilhaft thermoplastische Polymere, wie Polylactid (PLA), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Polymere (ABS) und Polyetherimid (PEI, Ultem^®).
Daneben sind Polyolefine, insbesondere Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE), die weltweit am häufigsten verwendeten teilkristallinen thermoplastischen Polymermaterialien, die typischerweise aus der Schmelze heraus zu Alltagsgegenständen, wie beispielsweise Tragetaschen und Verpackungsfolien, und technischen Produkten verarbeitet werden. Polyolefine zeichnen sich vor allem durch außergewöhnliche mechanische Eigenschaften, hervorragende Verarbeitbarkeit, hohe chemische Beständigkeit, geringe Dichte und dies zu vertretbaren Kosten aus. Außerdem können sie für verschiedene Anwendungen leicht modifiziert werden. Solche Modifikationen können zum Beispiel im Falle von PP durch Copolymerisation mit z.B. Ethylen oder Buten sowie durch Mischen mit Additiven und Füllstoffen und/oder durch Mischen von verschiedenen Polyolefinen erhalten werden. So spielen beispielsweise Polypropylen-Ethylen-Random-Copolymere (Raco PP) eine wichtige Rolle in Anwendungen wie Verpackungsmaterialien und Folien.
Im Bereich des extrusionsbasierten 3D-Drucks fanden die Polyolefine allerdings bislang keinerlei Anwendung. Insbesondere zeigt das teilkristalline PP beim Abkühlen eine hohe Volumenschrumpfung und liefert mit gängigen Druckbetten schlechte Druckergebnisse. Einige Ansätze schlagen vor Druckbetten aus Metall, Glas oder Acryl vorzusehen. Diese Druckbetten werden nicht als Verbrauchsmaterialien betrachtet, noch sind sie ideal optimierte Oberflächen, auf denen die 3D-gedruckten Objekte fest und konsistent anhaften können. Daher ist es vorzuziehen, die Druckbettoberfläche eines extrusionsbasierten 3D-Druckers vor dem Drucken eines 3D-Objektes vorzubehandeln und/oder abzudecken, um eine Beschädigung des Druckbettes zu verhindern und die Wahrscheinlichkeit zu verbessern, dass das gedruckte Objekt ausreichend auf der Druckplattform während des 3D-Drucks haftet. Dies ist in der Praxis äußerst langwierig, umständlich und häufig nicht umsetzbar.
Weiterhin gibt es Ansätze, das Druckbett abzudecken und Druckplattformen oder Druckplattformoberflächen, wie z.B. hitzebeständige Polyimidfilme, Laminate auf Epoxidbasis oder Papier- und Kreppklebebänder (wie sie typischerweise von Malern verwendet werden) und/oder die Vorbehandlung der Oberfläche mit Haarspray, speziellen wasserlöslichen Leimen oder anderen flüssige Behandlungslösungen, aufzubringen. Diese Anwendungen sollen das 3D-gedruckte Objekt während des Druckens an der Druckplattformoberfläche festhalten und die Lebensdauer des Originaldruckbettes verlängern. Derartige aufgebrachten Druckplattformen oder Druckplattformoberflächen sollen eine entfernbare und ersetzbare Oberfläche bereitstellen, auf der mittels extrusionsbasierten 3D-Druck erfolgreich gedruckt werden kann, und die Abnutzung oder Zerstörung des Originaldruckbettes verhindern. Auch dies stellt weitere umständliche Zusatzschritte dar, um ein bestehendes Druckbett entsprechend aufwändig zu modifizieren, nur um dessen Hafteigenschaften scheinbar zu verbessern. Insbesondere die Vorbehandlung mit Haarspray ist in der Regel nicht reproduzierbar, da durch den Austrittsstrahl aus der Haarspraydose unterschiedliche Mengengradienten bedingt sind. Dies resultiert in unterschiedlich dicken Schichtaufträgen und in entsprechend welliger Oberfläche, welche dann wiederrum auf dem darauf zu druckende 3D-Ojekt übertragen wird. Weiterhin gibt es Ansätze zu beheizbaren Druckbetten für die 3D-Druckablage von Materialien, die eine langsamere Abkühlzeit erfordern, wie z. B. für ABS. Typischerweise kann das beheizte Druckbett auf Temperaturen zwischen 80 - 120°C erhitzt werden. In solchen Fällen muss das Druckbettabdeckmaterial, welches weiterhin benötigt wird, ebenfalls bei diesen erhöhten Temperaturen die geforderten Funktionen erfüllen können. Dementsprechend können auf erhitzten Druckbetten nur hitzebeständige Druckplattformen oder Druckplattformoberflächen wie z. B. Polyimidfolien aufgebracht werden, während Papierklebebänder ungeeignet sind.
So wird weiterhin beispielsweise eine Lederhaut aus natürlichem Leder, wie z. B. Rindsleder, als Druckplattform versucht. Die Nachteile dieses Naturprodukts sind die natürliche, unregelmäßige Struktur der Lederhaut. Außerdem muss sie entfettet und vorgetrocknet werden, wodurch Größe und Dicke verändert werden. Beim extrusionsbasierten 3D-Druck muss die Druckplattform perfekt eben und parallel zur Bewegungsrichtung der Extruderdüse angeordnet sein. Ein variierender Abstand zwischen Extruderdüse und Druckplattform kann zu fehlerhaften 3D-gedruckten Objekten und der Kontakt mit der Düse sogar zur Beschädigung oder dem Aufreißen der Druckplattform oder Druckplattformoberfläche führen. Außerdem muss die Lederoberfläche vor dem Gebrauch mit Sandpapier plan- und zur Vergrößerung der Rauigkeit angeschliffen und diese Prozedur vor jedem neuen 3D-Druck an dieser Druckposition wiederholt werden. Der Hauptnachteil der Verwendung einer natürlichen Lederhaut ist jedoch die Tatsache, dass die Haftung an dem 3D-gedruckten PP Objekt typischerweise viel zu stark ist, so dass sie nicht einfach entfernt werden kann ohne das gedruckte Objekt und/oder die lederne Druckplattform zu beschädigen und somit immer Rückstande der Lederhaut auf dem 3D-gedruckten Objekt zurückbleiben.
Die geringe Oberflächenenergie von Polyolefinen macht es extrem schwierig, eine geeignete Druckplattform mit optimierter Haftung, die auch bei erwärmten Druckbetten funktioniert, zu entwickeln. Bisher sind nur ungenügende Druckplattformen für Polyolefine zum 3D-Verdrucken bekannt.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Druckplattform bereitzustellen, mit welcher Polyolefine effektiv, verlässlich und wiederholbar 3D verdruckt werden können. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Druckplattform bereitzustellen, welche eine einfache und kraftsparende Ablösung des gedruckten polyolefinischen Druckprodukts von dieser sicherstellt.
Dies wird gemäß dem Gegenstand des Patentanspruches 1 und 2 sowie dem nebengeordneten Verfahrensanspruch 8 und den Verwendungsanspruch 9 gelöst.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine beheizbare und/oder nichtbeheizbare Druckplattform für einen extrusionsbasierten 3D-Drucker bereitzustellen, wobei die Druckplattform mindestens chemisch vernetzte Gummimaterialien, chemisch vernetzte Elastomercompounds oder Mischungen aus diesen Materialien aufweist.
Unter chemisch vernetzte Gummimaterialien, auch Gummis, Elastomere oder Elastomermaterialien genannt, sind vorteilhaft Materialien zu verstehen, welche vernetzte natürliche und/oder synthetische Kautschukmaterialien aufweisen, also aus einem Kautschukmaterial oder aus Kautschukmaterialmischungen durch kovalente Bindungsknüpfungen synthetisiert oder vulkanisiert sind. Zudem können weiterhin optional Füllstoffe, Weichmacher und/oder Additiven beigemengt sein.
Unter Kautschukmaterialien sind vorteilhaft unvernetzte, aber vernetzbare (vulkanisierbare) Polymere, Copolymere oder Mischungen aus diesen zu verstehen. Sie dienen als Ausgangsprodukte bei der Herstellung von Gummimaterialien.
Unter Elastomercompounds werden vorteilshaft Mischungen oder Vermengungen von z.B. Pulvern, Partikeln oder Granulaten von gleichen und/oder verschiedenen (chemisch und/oder physikalisch) bereits chemisch vernetzten (vulkanisierten) Gummimaterialien verstanden, die vorteilhaft durch Verpressen, Tempern oder Vulkanisation zu elastischen Materialien verarbeitet worden sind.
Unter einem extrusionsbasierten 3D Drucker wird vorteilhaft eine Druckvorrichtung verstanden, die in der Lage ist, ein 3D Modell über das schichtenweise Auftragen einer flüssigen und/oder pastösen Lösung und/oder Schmelze von z.B. Polymeren herzustellen. Dazu wird das entsprechende Polymermaterial in Form von Gelen und Pellets, oder zum Filament verarbeite, in einen Extruder geführt, dort aufgeschmolzen und durch eine Düse (Extruderdüse) auf eine Druckplattform oder die vorhandene zuletzt abgeschiedene Schicht aufgetragen. Ist eine Schicht fertig gestellt, fährt die Düse um eine Schichtenhöhe nach oben oder die Druckplattform um eine Schichtenhöhe nach unten und die nächste Schicht wird auf der zuvor gedruckten Schicht in gleicher Weise aufgetragen. Um komplex 3D-Druckprodukte erhalten zu können, müssen alle drei Raumrichtungen mit einer Kombination aus Düsen- und/oder Druckplattformbewegungen ansteuerbar sein. Dabei gelingt eine kontrollierte Ansteuerung zur Realisierung von definierten 3D-Druckprodukten über computergesteuerte Aufbauten.
Eine derart ausgebildete Druckplattform hat sich als vorteilhaft erwiesen, da hierdurch die Hafteigenschaften der Druckplattform gegenüber dem aufzudruckendem Material, insbesondere polyolefinischem Material, im extrusionsbasierten 3D Druck hervorragend ausgebildet sind. Derart ausgebildete Druckplattformen weisen gegenüber dem Stand der Technik überraschenderweise wesentlich stärkere Hafteigenschaften auf, so dass sich polyolefinisches Material im extrusionsbasierten 3D Druck sicher und verlässlich aufdrucken lässt, beispielsweise ohne zu delaminieren, und das fertiggestellte polyolefinische Druckprodukt kann überraschenderweise, nach der Fertigstellung des 3D-Drucks, wieder rückstandslos und vor allem vollständig und defektfrei von der Druckplattform wieder abgelöst werden. Extrusionsbasierte 3D Druckverfahren beruhen dabei auf der Extrusion oder dem Herausdrücken von dickflüssigen bis harten Materialien unter Druck und teilweise erhöhter Temperatur aus einer formgebenden Öffnung, wie z.B. einer Düse. Hierdurch können erstmals Polyolefine mittels 3D-Druckverfahren extrusionsbasiert, direkt ohne zusätzlichen Haftvermittler auf einer Druckplattform aufgedruckt werden, ohne dass es zu Verschiebungen oder Delaminierungen kommt. Nach der Fertigstellung des extrusionsbasierten 3D-Drucks ist es dann zugleich möglich, das verdruckte polyolefinische Material unter geringem Kraftaufwand rückstandslos von der Druckplattform abzunehmen. Somit verbleibt das polyolefinische 3D-Druckprodukt vollständig und funktionstüchtig. Die hier erstmals beschriebene Druckplattform ist somit zum extrusionsbasierten Direktdruck von polyolefinischem Material ausgebildet. Es kann auf aufwändiges Abkleben oder aufwändiges Vorbehandeln der Druckoberfläche vollständig verzichtet werden. Weiterhin weisen die hier beschriebenen Druckplattformen eine rutschhemmende Oberfläche, eine konstante Dicke und vibrationsdämpfende Eigenschaften auf und wurden für die Anhaftung und das rückstandslose Ablösen von extrusionsbasiert 3D geruckten Objekten aus Polyolefinen optimiert.
Ein weiterer Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine beheizbare oder nichtbeheizbare Druckplattform für einen FDM-3D-Drucker bereitzustellen, wobei die Druckplattform mindestens chemisch vernetzte Gummimaterialien, chemisch vernetzte Elastomercompounds oder Mischungen aus diesen aufweist.
Eine derart ausgebildete Druckplattform hat sich als vorteilhaft erwiesen, da hierdurch die Hafteigenschaften der Druckplattform im FDM 3D Druck gegenüber dem aufzudruckendem Material, insbesondere polyolefinischem Material, im beheizten und unbeheizten Zustand hervorragend ausgebildet sind. FDM 3D Druckverfahren basieren auf der Extrusion oder dem Herausdrücken von flüssigen bis dickflüssigen Materialien unter Druck und Temperatur, die z.B. oberhalb der Gel-, Glas- und/oder Schmelztemperatur der zu druckenden Materialien liegt, aus einer formgebenden Öffnung, wie z.B. einer Düse auf eine beheizte oder unbeheizte Druckplattform. Weiterhin weisen derart ausgebildete Druckplattformen gegenüber dem Stand der Technik überraschenderweise wesentlich stärkere Hafteigenschaften auf, so dass sich polyolefinisches Material mittels FDM-3D Druck sicher und verlässlich aufdrucken lässt, beispielsweise ohne zu delaminieren, und das über FDM fertiggestellte polyolefinische Druckprodukt kann überraschenderweise, nach der Fertigstellung des 3D-Drucks, wieder rückstandslos und vor allem vollständig von der Druckplattform wieder entfernt werden. Hierdurch können erstmals Polyolefine mittels FDM 3D-Druckverfahren extrusionsbasiert direkt ohne zusätzlichen Haftvermittler auf einer Druckplattform aufgedruckt werden, ohne dass es zu Verschiebungen oder Delaminierungen kommt. Nach der Fertigstellung des 3D-Drucks ist es dann zugleich möglich, das polyolefinische Druckprodukt rückstandslos von der Druckplattform zu entfernen. Somit verbleibt 3D-Druckprodukt vollständig und funktionstüchtig. Weiterhin weisen die hier beschriebenen Druckplattformen eine rutschhemmende Oberfläche, eine konstante Dicke und vibrationsdämpfende Eigenschaften auf und wurden speziell für die Anhaftung und das rückstandslose Ablösen von FDM 3D geruckten Objekten aus Polyolefinen optimiert.
Weiterhin haben sich beheizbare Druckplattformen als besonders vorteilhaft erwiesen, da oft verwendete 3D Druck Filamentmaterialien, wie beispielsweise ABS, PEI oder Polyolefine, 3D gedruckt auf beheizten Druckplattformen, eine geringere Volumenschrumpfung und somit einen geringeren Verzug des Druckproduktes aufweisen. Des Weiteren haben sich die erfundenen beheizten Druckplattformen besonders vorteilhaft für das FDM 3D Drucken mit polyolefinischen oder polyolefinbasierten Filamentmaterialien erwiesen, da auch hier die materialbedingte Volumenschrumpfung und der Verzug im Druckobjekt durch die erhöhte Temperatur kompensiert und somit qualitativ höherwertige Druckprodukte als im Falle der Verwendung von unbeheizten Druckplattformen hergestellt werden können. Weiterhin haben sich derartige beheizbare Druckplattformen als besonders vorteilhaft erwiesen, da polyolefinische Druckprodukte im Vergleich zu einer nicht erwärmten Druckplattform mit geringerem Kraftaufwand von einer Druckplattform bei einer erhöhten Temperatur von beispielsweise 100°C abgelöst werden kann.
Zudem können mit der hier erstmals vorgestellten Druckplattform besonders effektiv Filamente extrusionsbasiert verdruckt werden. Unter Filamenten können vorteilhaft beispielsweise faden- oder drahtförmige Polymerstränge verstanden werden, welche deutlich länger ausgebildet sind als ihr Durchmesser. So sind beispielsweise Filamente mit einem Außendurchmesser im Bereich von 1,2 bis 4 mm, noch vorteilhafter von 1,75 mm oder 2,85 mm besonders gut geeignet, auf der hier beschriebenen Druckplattform verdruckt zu werden, beispielsweise im extrusionsbasierten 3D-Druckverfahren.
Vorteilhaft ist die hier beschriebene Druckplattform als Druckplattform ausgebildet und wird für den 3D-Druck verwendet. Weiterhin betrifft die beschriebene Erfindung auch die überraschende Entwicklung der innovativen und vorteilhaften Verwendung derartiger Druckplattformen für einen zuverlässigen und erfolgreichen extrusionsbasierten 3D Druck sowie selbstverständlich die Druckplattform selbst und ihre Herstellung.
Weiterhin vorteilhaft weist die Druckplattform mindestens chemisch vernetzte natürliche und/oder synthetische Gummimaterialien auf. Dies ist von Vorteil, weil durch die chemische Vernetzung das geschmolzene aufgedruckte Material nicht tief in das vernetzte Material der Druckplattform eindringen kann. Denn in dem Falle, dass das Material tief in die Druckplattform eindringen kann, kann es zur gegenseiteigen Durchdringung und Vermischung der Polymerketten kommen. Dies resultiert beispielsweise in einer gegenseitigen Verschlaufung der Polymerketten und dies wiederum in einer festen Verklebung oder Verschweißung von dem gedruckten Objekt mit der Druckplattform nach dem Erstarren der Schmelze, so dass das Druckproduckt nicht zerstörungsfrei und rückstandslos abgelöst werden kann. Weiterhin führt die Vernetzung der Gummimaterialien zu den für den 3D Druck wichtigen Eigenschaften wie beispielsweise Elastizität, Beständigkeit und Zuverlässigkeit und garantieren daher einen verlässlichen wiederholbaren 3D Druck.
Weiterhin weist die Druckplattform vorteilshaft mindestens chemisch vernetzte natürliche und/oder synthetische Elastomercompounds auf. Dies ist von Vorteil, weil die Herstellung von derartigen bereits vulkanisierten aus beispielsweise Gummipulvermischungen, Gummipartikel- und /oder Gummigranulatmischungen technisch sehr einfach über Tempern, Pressen und in einigen Fällen über eine zusätzliche Vulkanisation gelingt.
Für Elastomercompounds können, neben dem bereits Erläuterten, weiterhin vorteilhaft auch Elastomerrückstände und/oder anderes Elastomerrecyclingmaterial, zumindest teilweise, miteingesetzt werden. Auf diese Weise können wertvolle Rohstoffe wiederverwendet und die Elastomercompounds kostengünstig hergestellt werden. Aufgrund der im Vergleich zu Gummimaterialien sehr ähnlichen Elastizität, Beständigkeit, zuverlässigen Anhaftung von aus der Schmelze aufgetragenen Polyolefinmaterialien und rückstandlosen Ablösbarkeit nach dem Erstarren der Polyolefinschmelzen haben sich die hier beschrieben Elastomercompounds ebenfalls besonders vorteilhaft für die Verwendung als Druckplattformen für den 3D Druck von Polyolefinen sowie als Material für die Druckplattform selbst erwiesen.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckplattform mindestens chemisch vernetzte natürliche und/oder synthetische Kautschukmaterialien auf. Diese Kautschukmaterialien, wie bspw. Acrylnitril Butadien Kautschuk, Acrylnitril Butadien/Styrol Butadien Kautschuk, Ethylen Propylen Kautschuk), Ethylen Propylen Dien Kautschuk, Butadien Kautschuk, Isopren Kautschuk, Isobutylen Isopren Kautschuk, Epichlorhydrin Kautschuk, Chloropren Kautschuk, Chlorsulfonierter Polyethylen Kautschuk, Thioplast Kautschuk, Acrylat Kautschuk, Ethylen Acrylat Kautschuk, Ethylen Vinylacetat Kautschuk, Styrol Butadien Kautschuk und Naturkautschuk, erweisen sich als vorteilhaft, weil sie aliphatische Kohlenwasserstoffeinheiten aufweisen, welche attraktive Wechselwirkungen zu polyolefinbasierten Materialien ausbilden, aufgrund der chemischen Vernetzung eine tiefe Durchdringung und Verschlaufung des geschmolzenen aufgedruckte Polyolefinmaterials mit den Polymerketten der Druckplattform verhindern und somit eine feste Anhaftung während des 3D Druckens und ein rückstandloses Ablösen 3D gedruckter Objekte gewährleisten.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind auf die Druckplattform Polyolefine mittels FDM-Verfahren druckbar, wobei ein derart gedrucktes Polyolefinprodukt von der Druckplattform rückstandslos ablösbar ist. Die Druckplattformen erweisen sich dabei als besonders vorteilhaft, da sie keine Trennmittel oder zusätzliche Hilfsmittel zum Ablösen benötigen, nach dem Ablösen nicht von z.B. Rückständen der PP Klebefolien, Klebstoffe oder Hilfsmittel, wie beispielsweise Haarspray, wie aus dem Stand der Technik bekannt, gereinigt werden müssen. Die hier beschriebene Druckplattform kann sofort nach dem Ablösen des fertigen Druckproducktes als Druckplattform wiederverwendet werden, ohne dass es einer zusätzlichen Bearbeitung oder Vorbereitung bedarf. Besonders vorteilhaft kann die Druckplattform mit dem noch darauf positionierten fertigen 3D-Druckobjekt temperiert werden, beispielsweise in einem vorbestimmbareren Temperaturbereich von 90°C bis 140°C, noch vorteilhafter von 110°C +/- 10% Abweichung. Dieser Bereich ist besonders vorteilhaft, da in diesem Temperaturbereich das fertige Druckprodukt besonders kraftsparend von der Druckplattform abgelöst, bspw. abgezogen werden kann. Somit ist das rückstandslose Ablösen mit weniger Kraftaufwand möglich und kann zudem automatisiert erfolgen.
Die Druckplattform erweist sich weiterhin als besonders vorteilhaft, da sie, wenn sie zusammen mit dem Druckprodukt von dem Druckbett entnommen wird, aufgrund der elastischen Eigenschaften von dem Druckprodukt durch Abknicken und Wegziehen oder Abpeelen mit sehr geringem Kraftaufwand entfernt werden kann. Denn durch ein derartiges Abziehen oder Abpeelen kann die aufzuwendende Kraft über eine Ablösefront auf eine kleine Fläche angewendet werden, wodurch das Ablösen des Druckproduktes noch defektfreier im Vergleich zum Ablösen der gesamten Kontaktfläche durch z.B. senkrechtes Anheben gelingt. Aus dem Stand der Technik sind lediglich Druckplattformen mit Peelkräften von unter 1 N/8mm bekannt (Tabelle 2). Diese zeigen somit nur eine sehr schwache, für zuverlässige reproduzierbare Drucke ungenügende Anhaftung, so dass ein 3D-Druck mit polyolefinbasierten Materialien in der Regel eine große Anhaftungsfläche des Druckproduktes aufweisen muss oder der 3D-Druck öfters aufgrund von Delaminierung oder Verschiebung fehlschlägt.
Dagegen weist überraschenderweise die vorgestellte Erfindung den gegenüber dem Stand der Technik entscheidenden Vorteil auf, dass aufgedruckte polyolefinische Prüfkörper auf derartigen Druckplattformen den optimalen Peelkraftbereich zwischen 1 und 20 N/8mm aufweisen, bei dem der 3D-Druck optimal funktioniert, da eine robuste Anhaftung während des 3D-Drucks und ein defektfreies rückstandloses Abnehmen des Druckproduktes gewährleistet sind.
Darüber hinaus weisen einige Druckplattformen wie z.B. EPDM, CSM und SBR vorteilshaft selbstklebende Eigenschaft z. B. auf einem Druckbett aus Glas auf, so dass sie ohne zusätzliche Fixierhilfsmittel, wie z. B. Kleber, Klebeschicht oder doppelseitige Klebestreifen oder Klebefilmen, wiederholbar entnommen und wieder aufgebracht werden können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Druckplattform mittels FDM-Verfahren polyolefinbedruckbar ausgebildet. Die Druckplattform erweist sich dabei als besonders vorteilhaft, da sie nach dem Aufbringen auf dem Druckbett sofort verwendbar ist, keine zusätzliche Vorbereitung durch beispielsweise das Auftragen von Haftungsmitteln benötigt, eine rutschhemmende Oberfläche, eine konstante Dicke und vibrationsdämpfende Eigenschaften aufweist, speziell für die Anhaftung von 3D geruckten Objekten aus Polyolefinen optimiert wurde und beim Abziehen von Prüfkörpern aus Polyolefinen eine Peelkraft im Bereich von ungefähr 1 bis 20 N je 8 mm Streifenbreite aufweist und daher eine zuverlässigen, wiederholbaren und automatisierbaren 3D Druck mit Polyolefinen gewährleistet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Polyolefine aus der Gruppe Polypropylen, Random Copolymere von Polypropylen, Low Density Polyethylen, Linear Low Density Polyethylen und Medium Density Polyethylen ausgewählt. Die ausgewählten Polypropylene und Polyethylene sind vorteilhafte 3D Druck Materialien, da sie die weltweit am meist verwendete Polymertypen darstellen und in zahlreichen Anwendungen wie beispielsweise Lebensmittelverpackungen, Eimern, Kisten und Kästen, Kappen und Verschlüsse, Fasern und Stapelfasern, Rohre, Folien und Profile, Kraftfahrzeugtanks, Abfalltonnen, Kabelisolationen, Verpackungsmaterialien, Haushaltsgegenstände und Gebrauchsgüter Verwendung finden, typischerweise über Extrusion verarbeitet werden können, teilkristallin und unpolar sind, eine hohe mechanische Festigkeit und chemische Beständigkeit aufweisen, nur innerhalb der eigenen Polymergruppe verklebt oder verschweißt werden können und daher an den anderen Polymergruppen nicht anhaften, so dass bis jetzt keine geeignete Druckplattform für den 3D Druck entwickelt wurde. Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieser ausgewählten Polyolefine liegt in dem geringen Kristallisationsgrad von unter 50% dieser Polyolefine, da dieser einen reduzierten Volumenschrumpf und somit einen geringen Verzug der 3D Druckprodukte bewirkt. Denn obwohl alle bekannten Polyolefine unabhängig vom Kristallisationsgrad über Extrusionsverfahren verarbeitet und zu Produkten geformt werden können, gelingt ein erfolgreicher extrusionsbasierter 3D Druck überraschenderweise nur mit teilkristallinen Materialien, die einen geringen Kristallisationsgrad von beispielsweise unter 50% aufweisen, da der extreme Verzug der Materialien mit einem hohen Kristallisationsgrad von beispielsweise über 50% nicht ausreichend kompensiert werden kann und zu einem fehlerhaften oder defekten Druckprodukt führt.
Dies ist selbstverständlich nicht begrenzend zu verstehen, so dass auch weitere Polymere, wie amorphe Acrylnitril-Styrol-Acrylat-Copolymere (ASA), Polycarbonat (PC) oder teilkristalline Polymere, die einen geringen Kristallinitätsgrad aufweisen (wie bspw. PLA und Nylon) auf der hier beschriebenen Druckplattform erfolgreich dreidimensional, beispielsweise mittels FDM-Verfahren, verdruckbar sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Druckplattform eine Peelkraft zwischen 1 - 20 Newton/8mm beim Abziehen eines extrusionsbasiert 3D-gedruckten Prüfkörpers, 3D-gedruckt mit einem Polyolefin-Filament, auf. Die Druckplattformen erweisen sich dabei als besonders vorteilhaft, da sie beim Abziehen von derart 3D-gedruckten Prüfkörpern mit einer Peelkraft zwischen 1 - 20 Newton/8mm eine starke robuste Anhaftung, die eine Delaminierung oder das Verschieben des Druckobjektes während des 3D Drucks nicht zulassen, und ein fehlerfreies rückstandsloses Ablösen des 3D-Druckproduktes gewährleisten. Während eine derartig gemessene Peelkraft unterhalb von 1 Newton/8mm für den extrusionsbasierten 3D Druck bedeutet, dass die Anhaftung des Druckobjektes schwach ist, Druckobjekte selbst nach aufwendiger Optimierung der 3D-Druckparameter leicht und daher öfters von der Druckplattform delaminieren oder auf der Druckplattform verschoben werden, so dass der 3D-Druck fehlschlägt. Liegt dagegen die derartig gemessene Peelkraft oberhalb von 20 Newton/8mm bedeutet das, dass das Druckprodukt extrem fest auf der Druckplattform fixiert und/oder mit der Druckplattform verschmolzen ist und daher nicht fehlerfrei und/oder rückstandslos abgelöst werden kann.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren, welches wenigstens die Schritte aufweist

a. Bereitstellen von Ausgangsmaterial;
b. Herstellen einer Schalung zum Vergießen des Ausgangsmaterials und/oder Verwendung eines Walz- und/oder Mischwerkes zur Verarbeitung des Ausgangsmaterials;
c. Einfüllen des Ausgangsmaterials in die Schalung oder das Walz- und/oder Mischwerk;
d. Beaufschlagen des vergossenen Ausgangsmaterials mit wenigstens einem externen Faktor zum Aushärten des Ausgangsmaterials und zur Erzeugung der Druckplattform;
e. Entnehmen und/oder Reinigen der derart hergestellten Druckplattform.

Schritt e) kann mit beispielsweise Spül-, Wasch- oder Scheuermitteln manuell physikalisch erfolgen. In Schritt a) kann das Ausgangsmaterial für die Herstellung der Druckplattform in flüssiger Form vorliegen. Es ist aber auch denkbar, dass festes Material zunächst aufgeschmolzen wird, bevor die Verarbeitung erfolgen kann. In Schritt d) ist unter externem Faktor beispielsweise eine Temperaturbeaufschlagung, UV-Beaufschlagung oder dergleichen zu verstehen.
Derart hergestellte Druckplattformen lassen sich vorteilhaft passgenau für die verschiedenen, verwendeten 3D Druckbettgrößen in definierter Größe, wie beispielsweise rund mit einem Druchmesser von 165 mm, 203 mm, 304 mm und rechteckig mit z.B. den Maßen 114 mm x 114 mm, 139 mm x 139 mm, 165 cm x 165 mm, 203 mm x 254 mm, 228 mm x 254 mm, 254 mm x 254 mm, 304 mm x 304 mm, 406 mm x 406 mm, 500 mm x 500 mm, 400 mm x 600 mm, 420 mm x 600 mm, 1200 mm x 1200 mm und mit konstanter Plattformmaterialdicke, wie z.B. 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2 mm, 2,5 mm 3 mm, bis zu 30 mm über sehr große Flächen wie beispielsweise mehreren Quadratmetern herstellen, oder können leicht auf die Größe des Druckbettes durch z. B. Zuschneiden angepasst werden, besitzen daher weder Nähte noch Falten, weisen elastische Eigenschaften auf, weisen in Abhängigkeit der verwendeten Monomere, der chemischen Bestandteile und des Vernetzungsgrades einen sehr breiten Gebrauchstemperaturbereich von z. B. -30°C bis +120°C für CSM auf, lassen sich weiterhin über die Zusammenstellung der Ausgansmaterialien rutschhemmend, vibrationsdämpfend, robust und mechanisch sehr widerstandsfähig über beispielsweise Art und Menge der zugegebenen Additive und Füllstoffe, in definierten Shore A Härten zwischen beispielsweise 20 und 90 +/- 5% Abweichung und/oder selbstklebenden Eigenschaften ausstatten und herstellen.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch die Verwendung einer Druckplattform, mit wenigstens einem der o.g. Merkmale als Trägermaterial, auf welchem polyolefinbasierte Kunststoffe über extrusionsbasierte Verfahren aufgedruckt und nach Fertigstellung des Drucks rückstandslos abziehbar sind. Derart hergestellte Druckplattformen weisen vorteilhaft ein derartiges Trägermaterial auf, das beispielsweise fest auf das Druckbett eines 3D Druckers oder an eine zusätzliche abnehmbare Montageplattform installiert ist, das auf einem fest installierten Druckbett fixiert werden kann. Die Oberfläche des Trägermaterials, auf die vorteilshaft beispielsweise polyolefinbasierte Filamentmaterialien extrusionsbasiert 3D gedruckt werden können, weist vorteilshaft elastische, rutschhemmende, vibrationsdämpfende, robuste und mechanisch sehr widerstandsfähige Eigenschaften mit Shore A Härten zwischen beispielsweise 20 und 90 +/- 5% Abweichung auf. Neben der vorteilhaften einfachen Installation dieser Druckplattformen aufgrund der konstanten Materialdicke, Elastizität, selbstklebenden Eigenschaften und Robustheit ist auch eine dauerhafte und feste Vorinstallation der Druckplattform auf z.B. einer Montageplattform eines extrusionsbasierten 3D Druckers von Vorteil, da somit das Aufbringen, Entfernen und der Wechsel der Druckplattform schnell ausgeführt werden kann. Auch für die Automatisierung von mehreren extrusionsbasierten 3D Drucken in Folge bedeutet ein schneller Wechsel der Druckplattform eine Erhöhung der Zyklenzeiten, da beispielsweise zum Ablösen der Objekte die bedruckte Druckplattform entnommen und sofort nach der Installation einer weiteren Druckplattform weitergedruckt werden kann.
Je nach Ausführung kann die Druckplattform vollständig oder auch nur teilweise, beispielsweise in Oberflächennähe, chemisch vernetzte Gummimaterialien, chemisch vernetzte Elastomercompounds oder Mischungen aus diesen Materialien aufweisen.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch die Verwendung einer Druckplattform, mit wenigstens einem der o.g. Merkmale im 3D-Druck als Trägermaterial, auf welchem polyolefinbasierte Kunststoffe aufdruckbar und nach Fertigstellung des Drucks rückstandslos abziehbar sind. Derart hergestellte Druckplattformen erweisen sich vorteilhaft als Trägermaterial, da sie beispielsweise rutschhemmend und /oder fest auf das Druckbett eines 3D Druckers installiert werden kann. Denn die beschriebenen Materialien, die mindestens chemisch vernetzte Gummimaterialien, chemisch vernetzte Elastomercompounds oder Mischungen aus diesen aufweisen, weisen selbstklebende und/oder rutschhemmende oder anti-rutsch Eigenschaften an glatten Oberflächen wie beispielsweise Glas auf und können daher vorteilshaft durch Auflegen und leichtes Andrücken in 3D Druckern installiert werden. Daher entfällt eine aufwendige Installation und auch der Austausch gelingt durch einfaches Abziehen der verbrauchten und Auflegen einer neuen Druckplattform zeitsparend und effektiv. Zusätzlich wirken die elastischen Eigenschaften der Druckplattform als Vibrationsdämpfer zwischen Druckprodukt und Druckbett, so dass beispielsweise Schwingungen während des 3D Drucks abklingen und die Qualität des Druckproduktes gesteigert wird. Weiterhin weisen derartige Trägermaterialien eine optimale Anhaftung der zu druckenden 3D-Objekte während des Drucks auf und können nach Fertigstellung des Drucks rückstandslos und fehlerfrei abgelöst werden.
Schließlich betrifft die Erfindung auch ein 3D-Druckprodukt hergestellt mittels extrusionsbasierten 3D-Druckverfahren unter Verwendung einer hier erstmals beschriebenen Druckplattform. Derart hergestellte 3D Druckprodukte weisen vorteilhaft eine zuverlässige Herstellung auf, da die optimale Anhaftung eine hohe Qualität und Reproduzierbarkeit gewährleisten. Weiterhin weisen derart hergestellte 3D Druckprodukte die Möglichkeit der Herstellung von Druckprodukten mit komplexen Geometrien oder großen Objekthöhe mit kleinen Stand- oder Kontaktflächen auf, die nach dem Ablösen eine glatte Oberfläche aufweisen können und nicht nachbehandelt oder gereinigt werden müssen. Weiterhin weisen derart hergestellte 3D Druckprodukte vorteilhaft auf, dass sie in Serie oder voll automatisiert hergestellt werden können, da die optimale Anhaftung einen zuverlässigen 3D Druck und das rückstandslose Ablösen defektfreie fertige Druckprodukte gewährleistet, die beispielsweise automatisiert entfernt werden können.
Alle hier benannten Variationen und Materialien können beliebig auch auf das FFF-3D-Druckverfahren übertragen werden und werden somit auch von der vorliegenden Erfindung mit erfasst.
Figurenliste
Um das Verständnis dieser Erfindung zu erleichtern, wird nun auf die beigefügten Zeichnungen (1 bis 3) Bezug genommen, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente beziehen. Die Zeichnungen sind nur beispielhaft und sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie die Erfindung beschränken.

1 zeigt exemplarisch eine schematische Zeichnung mit nur den essentiellen Bestandteilen eines extrusionsbasierten 3D-Druckers. Den entscheidenden Erfindungsbestandteil bildet eine Druckplattform B; die abgebildete Druckplattform ist als 3D-Druckbettabdeck- und -schutzschicht auf dem Druckbett C aufgebracht und dient als Druckplattform für den extrusionsbasierten 3D-Druck (schematisch abgebildet ist nur die Extruderdüse A).
2 zeigt einen FDM 3D-gedruckten Prüfkörper D, wie er für den fixed-arm Peeltest zur Bestimmung der Peelkraft F_peel verwendet wurde. Um die Adhäsionseigenschaften verschiedener Druckplattformen untersuchen zu können wurden Prüfkörper D direkt auf die jeweilige entsprechende Druckplattform über das FDM 3D-Druckverfahren unter der Verwendung der in Tabelle 3 angegebenen Polyolefin-Filamentmaterialien gedruckt und durch Abziehen des Prüfkörpers mit Hilfe eines Universaltesters die entsprechende Peelkraft F_peel bestimmt (siehe 3).
3 zeigt die Peelmesskurven von 5 Prüfkörpern aus dem PP-Filament der Firma Ultimaker aufgedruckt auf eine Druckplattform aus NBR (B12a - B12e). Der anfängliche Peak lässt sich auf die Haftkraft zurückführen und wird bei der Bestimmung der Peelkraft nicht berücksichtigt (ersten 15 mm wurden nicht berücksichtigt). Aus dem Plateau (Traversenweg zwischen ungefähr 15 mm und 55 mm) wird die Peelkraft F_peel ermittelt, indem die gemessenen Zugkräfte in den Plateaus arithmetisch gemittelt werden (Tabelle 2 und 3). Am Ende der Messung löst sich der aufgedruckte Prüfkörper vollständig von der Druckplattform ab und die Zugkraft fällt auf ungefähr Null ab (letzten 10mm wurden für die Bestimmung der Peelkräfte ebenfalls nicht berücksichtigt).

In 1 ist ein Extruder mit Extruderdüse A eines extrusionsbasierten 3D-Druckers, der auf einer chemisch vernetzten Druckplattform B operiert, die als Druckplattform auf einem beheizbaren oder nichtbeheizbaren Druckbett C aufgebracht ist, dargestellt. Wird das FDM 3D-Druckverfahren verwendet, wird das Druckbett C beim 3D-Druck von polyolefinischen Materialien erwärmt. Weiterhin sollte die Druckplattform B parallel zu den x-y-Bewegungsrichtungen der Extruderdüse A angeordnet sein, eine konstante Materialdicke aufweisen, auf die Größe des Druckbettes C abgestimmt und für den 3D-Druck des verwendeten Filaments geeignet sein.
Beispiele für die Druckplattform B, die mindestens chemisch vernetzte Gummimaterialien, Elastomercompounds oder Mischungen aus diesen aufweist, sind Gummischichten, auch Elastomerschichten genannt, Gummilagen, auch Elastomerlagen genannt, Gummimatten, auch Elastomermatten genannt, Gummibänder, auch Elastomerbänder genannt, und Gummiplatten, auch Elastomerplatten genannt, aus beispielsweise NBR (Acrylnitril Butadien Elastomer), NBR/SBR (Acrylnitril Butadien/Styrol Butadien Elastomer), HNBR (hydrierter Acrylnitril-Butadien Elastomer), EPM (Ethylen Propylen Elastomer), EPDM (Ethylen Propylen Dien Elastomer), EPDM/SBR (Ethylen Propylen Dien/Styrol Butadien Elastomer), EPDM/PP (Ethylen Propylen Dien/Polypropylen Elastomer), BR (Butadien Elastomer), IR (Isopren Elastomer), IIR (Isobutylen Isopren Elastomer), ECO (Epichlorhydrin Elastomere), FKM (Fluorcarbon Elastomer), CR (Chloropren Elastomer), CSM (Chlorsulfonierter Polyethylen Elastomer), VMQ (Silikonelastomer), FVMQ (Fluorsilikon Elastomer), TM (Thioplastelastomer), ACM (Acrylat Elastomer), AEM (Ethylen Acrylat Elastomer), EVM (Ethylen Vinylacetat Elastomer), SBR (Styrol Butadien Elastomer), AU/EU (PolyesterUrethan/Polyether-Urethan Elastomere), NR (Naturkautschuk Elastomer) und weisen bei Raumtemperatur Amorphizität, eine niedrige Glastemperatur, einen breiten Gebrauchstemperaturbereich, eine weitmaschige Vernetzung (vernetzte Makromoleküle) auf und sind nicht schmelzbar, also auch nicht thermoplastisch. Die Glastemperatur kann beispielsweise zwischen -40°C und -100°C und die Gebrauchstemperatur beispielsweise zwischen -60°C und 250°C liegen. Die Vernetzungsdichte kann über die Menge des zugegebenen Vernetzers und die Prozessparameter eingestellt werden und beeinflusst entscheidend die Materialeigenschaften eines Elastomers wie z.B. Härte, Zug- und Reißfestigkeit, Dämpfungsverhalten und Bruchdehnung. Des Weiteren weisen die hier erstmals beschriebenen Druckplattformen Härten zwischen 34 und 95 (siehe Tabelle 3), bestimmt mit einem Härteprüfgerät nach SHORE A, auf. Ihre Oberflächenrauigkeit hängt zum Teil von einer Vorstrukturierung ab, wie z.B. Linien- oder Noppenoberfläche, und kann daher sehr weit variieren. Eine Noppenstruktur hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, weil dadurch die Oberflächenrauigkeit entscheidend vergrößert werden kann, wodurch beispielsweise rutschhemmende Eigenschaften verbessert werden.
Im Falle unstrukturierter gefüllter, also mit Füllstoffen versetzter Gummimaterialien kann die Oberflächenrauigkeit beispielsweise zwischen 110 µm und 22850 µm liegen (siehe Tabelle 3). Die Gummis oder deren Mischungen können zur Anpassung der Materialeigenschaften, wie z.B. Steifigkeit, Scher- und Zugmodul, Brucharbeit, Reiß- und Zugfestigkeit, Abriebfestigkeit sowie Temperaturbeständigkeit, Füllstoffe, Additive und Weichmacher in Gewichtsanteilen von bis zu 80% der Gesamtmasse enthalten. Füllstoffe können beispielsweise Ruß, Kieselsäuren, Kieselerden, Kreide, Kaolin, Talkum sein. Weichmacher können beispielsweise aromatische oder paraffinische Mineralöle, Wollfett, Tranöl, Teere und Peche, Faktisse, Kolophonium, Cumaronharze, Koresin, Xylolformaldehydharze, schwerflüchtige Ester- und Etherverbindungen sein. Additive können beispielsweise Verarbeitungshilfsmittel, Alterungsschutzmittel, Vulkanisationsbeschleuniger, Vulkanisiermittel, Vulkanisationsverzögerer, Aktivatoren und/oder Pigmente sein. Derartige Füllstoffe, Additive und Weichmacher sind vorteilhaft, weil sowohl durch die Zugabe als auch über die zugegebene Menge die Materialeigenschaften der Gummis, wie z.B. Steifigkeit, Bruchfestigkeit, Reiß- und Zugfestigkeit, Härte, Abriebfestigkeit sowie Temperaturbeständigkeit gezielt eingestellt und beispielsweise deutlich erhöht werden können.
Des Weiteren können die Druckplattformen verstärkende Einlagen mit einem Gewichtsanteil von bis zu 70% der Gesamtmasse, wie beispielsweise Filz, Gummikork, Presskork, Polymerfaser, Glasfaser, Kohlenstofffaser, Vulkanfiber, Faserflex oder anorganische Fasern, Hartpapier, Hartgewebe, Glasgewebe, Kohlenstofffasergewebe oder Gewebe aus den oben genannten Fasern, aufweisen. Derartige Einlagen sind von Vorteil, weil durch ihre Zugabe die Materialeigenschaften der Gummis, wie beispielsweise Steifigkeit, Bruchfestigkeit, Reiß- und Zugfestigkeit, Härte, Abriebfestigkeit sowie Temperaturbeständigkeit gezielt eingestellt und beispielsweise deutlich erhöht werden können.
Alle aufgezählten Polymere können für sich und/oder in Kombinationen mit einem oder mehreren weiteren Polymeren aus den Aufzählungen kombiniert werden und sind somit vom Schutzumfang inkludiert. Die resultierenden Kombinationsprodukte lassen sich besonders verlässlich und effektiv auf der hier beschriebenen Druckplattform verdrucken sowie effektiv zu der hier erstmals beschriebenen Druckplattform ausbilden, welche besonders gute Hafteigenschaften aufweist und welche stets nach einem vollständigen und fehlerfreien Ablösen eines fertigen 3D-Produkts direkt wiederverwendet werden kann.
Entscheidend für die Eigenschaften und die Qualität eines Druckobjektes sind neben den gewählten Druckparametern, den verwendeten Drucker, die Druckplattform auch das verwendete Filamentmaterial. In diesem Zusammenhang wurde eine Druckplattform zum erfolgreichen Drucken von polyolefinischen oder polyolefinbasierten Filamentmaterialien entwickelt. Beispiele für die polyolefinischen oder polyolefinbasierte Filamentmaterialien sind I) Polymere aus Monoolefin und Diolefinen, beispielsweise Polypropylen, Polyisobutylen, Polyisopren, Polybutadien, Polybutan-1-en, Poly-4-methylpent-1-en, Polyhexen oder Polyvinylcyclohexan, sowie Polymere von Cycloolefinen, beispielsweise von Cyclopenten oder Norbornen; Polyethylen, beispielsweise Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE), Polyethylen mit hoher Dichte und hohem Molekulargewicht (HDPE-HMW), Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE), (VLDPE) und (ULDPE).
II) Mischungen der unter a) genannten Polymeren, beispielsweise Mischungen aus Polypropylen mit ataktisches Polypropylen, Polypropylen mit Polyisobutylen, Polypropylen mit Polyethylen (beispielsweise PP/PE, PP/LDPE, PP/HDPE), Mischungen verschiedener Polyethylentypen (beispielsweise LDPE/HDPE), Mischungen aus Polypropylen mit Polyolefinen (beispielsweise PP/Polyisopren, PP/Polybutadien, PP/Polyhexen) und Mischungen aus Polyethylen mit Polyolefinen (beispielsweise PE/Polyisopren, PE/Polybutadien, PE/Polyhexen).
III) Copolymere von Di-, Tri- und Tetraolefinen oder mit anderen Vinylmonomeren, beispielsweise Ethylen/Propylen-Copolymere, lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Propylen/But-1-en-Copolymeren, Propylen/Isobutylen-Copolymere, Propylen/Pent-1-en-Copolymeren, Propylen/Hex-1-en-Copolymere, Propylen/Hept-1-en-Copolymere, Propylen/Okt-1-en-Copolymere, Propylen/4-Methyl-1-penten-Copolymere, Propylen/Vinylcyclohexan-Copolymere, Ethylen/But-1-en-Copolymere, Ethylen/Penten-Copolymere, Ethylen/Hexen-Copolymere, Ethylen/Methylpenten-Copolymere, Ethylen/Hepten-Copolymere, Ethylen/Octen-Copolymere, Ethylen/4-Methyl-1-penten-Copolymeren, Ethylen/Vinylcyclohexan-Copolymere, Ethylen/Cycloolefin-Copolymere (z.B. Ethylen/Norbornen wie COC), Ethylen/1-Olefin-Copolymere, Propylen/Butadien-Copolymere, Isobutylen/Isopren-Copolymere, Ethylen/Vinylcyclohexen-Copolymere, Ethylen/Alkylacrylat-Copolymere, Ethylen/- Alkylmethacrylat-Copolymere, Ethylen/Vinylacetat-Copolymere oder Ethylen/Acrylsäure-Copolymere sowie Terpolymere von Ethylen mit Propylen und einem Dien wie Hexadien, Dicyclopentadien oder Ethyliden-Norbornen und von den unter c) genannten Monomeren; und Mischungen solcher Copolymere untereinander und mit den unter a) genannten Polymere, beispielsweise Polypropylen/Ethylen-Propylen-Copolymeren, LDPE/Ethylen-Vinylacetat-Copolymeren (EVA), LDPE/Ethylen-Acrylsäure-Copolymeren (EAA), LLDPE/EVA, LLDPE/EAA und alternierende oder statistische Polyalkyl/Kohlenmonoxid-Copolymere und Mischungen davon mit anderen Polymeren, beispielsweise Polyamiden.
IV) Mischungen der vorgenannten Polymere (Polymerblends), beispielsweise PP/EPDM, PP/Polyamid, PP/ABS, PP/PVC, PP/PC, PP/ASA, PP/CPE, PP/Acrylate, PP/POM, PP/PPO, PP/PS, PP/HIPS oder PE/EPDM, PE/Polyamid, PE/ABS, PE/PVC, PE/PC, PE/ASA, PE/CPE, PE/Acrylate, PE/POM, PE/PPO, PE/PS, PE/HIPS.
Homopolymere und Copolymere aus den Gruppen I) bis IV) können zumindest teilweise jede Stereostruktur aufweisen, einschließlich syndiotaktischer, isotaktischer, hemisotaktischer oder ataktischer Stereostruktur. Stereoblock-Polymere sind ebenfalls enthalten.
Besonders bevorzugte Beispiele für das Filamentmaterial sind polypropylenbasierte Polymere, statistische Copolymere, alternierende oder segmentierte Copolymere, Blockcopolymere, verzweigt Polymere oder eine Mischung aus Polypropylen mit einem anderen unter I) bis IV) aufgeführten Polymer, da diese Polymere einen für den 3D Druck geeigneten, also geringen Kristallisationsgrad von unter 50% aufweisen und somit einen reduzierten Volumenschrumpf und einen geringen Verzug von 3D-gedruckten Objekten aufweisen. Ein hoher Kristallisationsgrad von über 50% führt zu einem extremen Verzug von den gedruckten Materialien und somit zu einem fehlerhaften oder defekten Druckprodukt.
In 2 ist ein 3D-gedruckter Prüfkörper D (Länge 65 mm, Breite 8 mm), wie er für den 90 Grad fixed-arm Peeltest zur Bestimmung der Peelkraft F_peel verwendet wurde, gezeigt. Um die Adhäsionseigenschaften verschiedener Druckplattformen untersuchen zu können wurden derartige Prüfkörper D direkt auf die jeweilige entsprechende Druckplattform B, wie z. B. Glas, Aluminium, Kaptonfolie, blaues Kreppklebeband, PP basiertes Verpackungsklebeband oder die erfundenen innovativen Druckplattformen B, die mindestens chemisch vernetzte Gummimaterialien, Elastomercompounds oder Mischungen aus diesen aufweisen, wie z. B. NBR (Acrylnitril Butadien Elastomer), NBR/SBR (Acrylnitril Butadien/Styrol Butadien Elastomer), HNBR (hydrierter Acrylnitril-Butadien Elastomer), EPDM (Ethylen Propylen Dien Elastomer), EPDM/SBR (Ethylen Propylen Dien/Styrol Butadien Elastomer), EPDM/PP (Ethylen Propylen Dien/Polypropylen Elastomer), FKM (Fluorcarbon Elastomer), IIR (Isobutylen Isopren Elastomer), CR (Chloropren Elastomer), CSM (Chlorsulfonierter Polyethylen Elastomer), VMQ (Silikonelastomer), FVMQ (Fluorsilikon Elastomer), ACM (Polyacrylat Elastomer), AEM (Ethylen Acrylat Elastomer), SBR (Styrol Butadien Elastomer), AU/EU (Polyester-Urethan/Polyether-Urethan Elastomere), NR (Naturkautschuk Elastomer) über das FDM 3D-Druckverfahren unter der Verwendung von ausgewählten Polyolefin-Filamenten gedruckt und durch Abziehen des Prüfkörpers mit Hilfe eines Universaltesters die entsprechende Peelkraft ermittelt (siehe Adhäsionstest aus 3, Tabelle 2 und 3).
3 zeigt die Peelmesskurven von 5 Prüfkörpern des PP-Filaments des Firma Ultimaker aufgedruckt auf eine Druckplattform aus NBR (B12a - B12e). Zu Beginn der Messung steigen die Kurven stark an und fallen gleich wieder bis zu einem bestimmten Plateau ab. Dieser Peak lässt sich auf die anfängliche Haftkraft zurückführen und wird bei der Bestimmung der Peelkraft nicht berücksichtigt (ersten 15 mm Traversenweg werden nicht berücksichtigt). Aus dem Plateau, das bei einem Traversenweg zwischen ungefähr 15 mm und 55 mm beobachtet wird, wird die Peelkraft F_peel ermittelt, indem die jeweiligen gemessenen Zugkräfte der Plateaus arithmetisch gemittelt werden (siehe Tabelle 2 und 3). Am Ende der Messung löst sich der aufgedruckte Prüfkörper vollständig von der Druckplattform ab und die Zugkraft fällt auf ungefähr Null ab (letzten 10mm wurden für die Bestimmung der Peelkräfte ebenfalls nicht berücksichtigt).

Die Peelbarkeit der Prüfkörper kann dabei in drei Kategorien eingeteilt werden: (i) leichte Peelbarkeit (easy peel), (ii) optimale Peelbarkeit (optimal peel) und (iii) zu starke Anhaftung, nicht zerstörungsfreie oder rückstandslose Peelbarkeit (fusion), bei der die gedruckten Objekte mit der Druckplattform verschmelzen und nicht mehr zerstörungsfrei abgelöst oder abgepeelt werden können. Wesentliches quantifizierbares Unterscheidungsmerkmal zwischen den Druckplattformen ist die Höhe der jeweiligen Peelkraft entsprechend Tabelle 2 und 3. Eine Einteilung wird an dieser Stelle wie folgt vorgenommen (siehe Tabelle 1): Tabelle1: Einteilung des Adhäsionsverhaltens von FDM 3D-gedruckten Prüfkörpern auf den Druckplattformen anhand der Peelkraft (N/8mm).

Leichte Peelbarkeit (easy peel)	Peelkraft im Bereich von unterhalb 1 N je 8 mm Streifenbreite bedeutet, dass der 3D Druck nach einer aufwendiger Optimierung der 3D-Druckparameter gelegentlich gelingt oder dass der 3D-Druck wegen des Verlustes der Anhaftung des Druckobjektes während des Drucks fehlschlägt.
Mittelfeste, optimale Peelbarkeit (optimal peel)	Peelkraft im Bereich von ungefähr 1 bis 20 N je 8 mm Streifenbreite erlaubt einen zuverlässigen 3D-Druck. Eine robuste Anhaftung während des 3D-Drucks und ein defektfreies rückstandsloses Ablösen des Druckproduktes sind gewährleistet.
Sehr starke Anhaftung, nicht zerstörungsfreie Peelbarkeit (fusion)	Peelkraft im Bereich von mehr als 20 N je 8 mm Streifenbreite hat zur Folge, dass die 3D-gedruckten Objekte typischerweise auf der Druckplattform extrem fest anhaften und/oder mit ihr verschmelzen und nicht mehr defektfrei oder rückstandslos nach der Fertigstellung entfernt werden können. Es wurden z.B. Reste des Prüfkörpers auf der Druckplattform oder Reste der Druckplattform auf dem Prüfkörper beobachtet beziehungsweise wurde der Prüfkörper oder die Druckplattform beim Abziehen beschädigt oder zerstört.

Wichtiges Kriterium hierbei ist, dass beim Abziehen des aufgedruckten Prüfkörpers von der Druckplattform der Prüfkörper oder die Druckplattform makroskopisch nicht einreißen oder anreißen darf, so dass die Funktionalität beeinträchtigt werden würde. Der peelfähige Prüfkörper muss als Ganzes und rückstandslos von der Druckplattform zu entfernen sein, ohne das z.B. Reste des Prüfkörpers auf der Druckplattform oder Reste der Druckplattform auf dem Prüfkörper zurückbleiben. Dieser Punkt ist für ein zerstörungsfreies Ablösen der 3D gedruckten Druckprodukte absolut wichtig.
Adhäsionstest
Die Adhäsionseigenschaften und somit das Abziehverhalten von 3D-gedruckten Objekten aus der Materialklasse Polyolefine von den Referenzdruckplattformen (Tabelle 2) und den Druckplattformen (Tabelle 3), die mindestens chemisch vernetzte Gummimaterialien, chemisch vernetzte Elastomercompounds oder Mischungen aus diesen aufweisen, werden über einen 90° Peeltest an Hand der Peelkraft (z.B. 1 N/8 mm) quantifiziert. Der 90° Peeltest wurde nach der ASTM D6862-11 Testmethode durchgeführt, mit den Abweichungen, dass an Stelle des flexiblen oberen Klebestreifens direkt das 3D Polyolefinmaterial über eine Länge von 65 mm aufgedruckt und untersucht wurde und dass eingespannte Druckplattformen an Stelle des steifen unteren Klebesubstrates verwendet wurden.
Dazu werden die 8 mm breiten und 65 mm langen Prüfkörper (siehe 2) mit einem 3ntr A4 FDM 3D-Drucker direkt auf die entsprechende Druckplattform, die auf einem 60-80°C heißen Druckbett aus Glas fixiert ist, gedruckt. Der Grundkörper des Prüfkörpers besteht aus den ersten drei übereinander gedruckten Schichten (Schichtdicke gesamt ungefähr 0.5 mm), die gemäß typischer FDM 3D-Druckpraxis gedruckt wurden (zuerst drei konzentrische Außenlinien, anschließend lineare Füllung) und dem an einem Ende des Grundkörpers gedruckten Linienstapel, der aus nur einer konzentrischen Außenlinie mit einer Höhe zwischen 5 mm bis 15 mm gedruckt wurde (siehe 2). Dieser Linienstapel dient zum Einspannen des Prüfkörpers in die Klemmbacken des Universaltesters. Die Extrudertemperatur betrug je nach verwendeten Filamentmaterial 200 - 230°C, die Druck¬kopf¬geschwindigkeit betrug 15 mm/s und der verwendete Gcode wurde mit Hilfe der „open source“-Software Slic3r 1.2.1 erhalten. Danach werden Streifen mit der Breite von ungefähr 27 mm und der Länge von ungefähr 85 mm aus der Druckplattform so ausgeschnitten, dass sich jeweils ein gedruckter Prüfkörper (Länge 65 mm und Breite 8 mm) zentrisch darauf befinden. Die ausgeschnittenen Druckplattformen mit den Prüfkörpern werden in einen Prüfschlitten, bei dem das Einhalten des 90° Abzugswinkels durch das Mitführen des Schlittens mit der Traversengeschwindigkeit gegeben ist, mit einem Befestigungsrahmen fest eingespannt und der nach oben gedruckte Linienstapel in die obere Klemmbacke eines Universaltesters (z.B. Instron^® 5565) eingeklemmt. Durch das feste Einspannen mit einem Befestigungsrahmen konnten die ausgeschnittenen Druckplattformen effizient auf dem Prüfschlitten fixiert werden. Die angewendete Peelgeschwindigkeit (= Zuggeschwindigkeit des Universaltesters) betrug 50 mm/min. Durch das Abziehen des Prüfkörpers von der jeweiligen fixierten Druckplattform kann mit Hilfe eines Universaltesters die Peelkraft (F_peel ) aus dem erhaltenen Diagramm ermittelt werden (siehe 3). Die Peeltests wurden unter Standardbedingungen und unter der Verwendung eines 100 Newton Kraftaufnehmers durchgeführt und in z.B. 2N/8mm ermittelt.
Oberflächenrauigkeitsmessung:
Die Oberflächenrauigkeit wurde mit einem Stylus-Profilometer (Veeco DEKTAK 150) in Kombination mit der Software WYKO Version bestimmt. Hierzu wurde die Standard Scan Routine für einen linearen 1D Scan ausgewählt. Für jede Probe wurden 2 Positionen für den Scan ausgewählt. Die Scanlänge betrug 5000 µm und die Scandauer 10 Sekunden. Innerhalb eines Scans wurden 3000 Punkte detektiert. Der Scan-Profil-Messbereich (y-Achse) betrug 524 µm, wobei im Profil „Hill & Valley“ voreingestellt wurde. Die Anpresskraft des Stylus wurde mit 5,0 mg vorgegeben und der Durchmesser des verwendeten Stylus betrug 12,5 µm. Zur Überprüfung wurde innerhalb jedes Scans Ra (arithmetischer Mittelwert der gemessenen Rauigkeit) aus drei verschiedenen Positionen ermittelt (Tabelle 3). Der angegebene Ra-Wert ist der arithmetische Durchschnittswert des abgetasteten Verlaufsprofils des Oberflächenprofils, das entlang der Scanrichtung gemessen wird. Hierzu wird in einem Ausschnitt des erhaltenen Profils über die festgelegte Standardlänge (l = 1000 µm) eine Mittellinie bestimmt. Die Mittellinie wird auf ein kartesisches Koordinatensystem übertragen, so dass die Mittellinie in Richtung der x-Achse verläuft und die Vergrößerung in Richtung der y-Achse. Der Wert wird mit Hilfe folgender Formel erhalten und in Mikrometer angegeben, [(µm) wenn y = f (x)]: $Ra = \frac{1}{l} \int_{0}^{l} | f (x) | d x$
Beispiele der erfundenen Druckplattform
An mehreren Beispielen für Druckplattformen, die mindestens chemisch vernetzte Gummimaterialien, chemisch vernetzte Elastomercompounds oder Mischungen aus diesen aufweisen, wurden die Adhäsionseigenschaften und das Peelverhalten eines 3D-gedruckten Prüfkörpers aus dem Material Polypropylen mit Hilfe des kommerziell erhältlichen Polypropylenfilaments der Firma Ultimaker, auch Ultimaker PP genannt, untersucht und die entsprechenden Peelkräfte bestimmt. Des Weiteren wurde an mehreren Beispielen für Druckplattformen, die Anhaftung von ausgewählten Polyolefinen, die die gesamte Polymerklasse repräsentieren, wie z.B. iPP Orbitech (PP-Filament der Firma Orbitech, isotaktisches Polypropylen), HDPE (High Density Polyethylen), LLDPE (Linear Low Density Polyethylen), P-filament (Polypropylen Copolymer Filament „P-filament 741“ der PPprint GmbH), Raco PP (Ethylen-propylen random Copolymer), untersucht und die entsprechenden Peelkräfte bestimmt (siehe Tabelle 2).
Mit dem Ultimaker PP-Filament können z. B. jeweils fünf Prüfkörper (siehe 2) mit einem 3ntr A4 FDM 3D-Drucker direkt auf die entsprechende Druckplattform, die auf einem 60-80°C heißen Druckbett aus Glas fixiert ist, gedruckt werden. Beispielhaft wurden derartige Prüfkörper auf Glas, Aluminium, Kaptonfolie, blaues Kreppklebeband, die Adhäsionsklebefolie der Firma Ultimaker, PP-basiertes Klebeband (siehe Tabelle 1), und auf ausgewählte Druckplattformen, wie z. B. IIR (Isobutylen Isopren Elastomer), CR (Chloropren Elastomer), CSM (Chlorsulfonyl Polyethylen Elastomer), EPDM (Ethylen Propylen Dien Elastomer), FKM (Fluorocarbon Elastomer), HNBR (hydrierter Acrylnitril-Butadien Elastomer), NBR (Acrylnitril Butadien Elastomer), NR (Naturkautschuk Elastomer), SBR (Styrol Butadien Elastomer), VMQ (Silikonelastomer) und einige Mischungen aus diesen wie z.B. EPDM/PP, EPDM/SBR und NBR/SBR (siehe Tabelle 2) FDM 3D-gedruckt und die Peelkraft F_peel mit Hilfe des 90 Grad fixed-arm Peeltests bestimmt. Neben dem Ultimaker PP-Filament wurden auf ausgewählten Druckplattformen auch das PP-Filament der Firma Orbitech (iPP Orbitech) mit einem Filamentdurchmesser von 2.85 mm mit einem 3ntr 4A 3D-gedruckt; das High Density Polyethylen (HDPE) mit der Bezeichnung Hostalen GC 7260 natur, mit Hilfe eines selbst hergestellten Filaments mit einem Filamentdurchmesser von 1.75 mm mit einem Raise3D Pro2 3D-gedruckt; das Linear Low Density Polyethylene (LLDPE) mit der Bezeichnung Exxonmobile LL1201 XU natur, mit Hilfe eines selbst hergestellten Filaments mit einem Filamentdurchmesser von 1.75 mm mit einem Raise3D Pro2 3D-gedruckt; das Polypropylen-Filament P-filament 741 natur der PPprint GmbH (P-filament) mit Hilfe eines selbst hergestellten Filaments mit einem Filamentdurchmesser von 1.75 mm mit einem Raise3D Pro2 3D-gedruckt und das Ethylen-propylen random Copolymer (Raco PP) mit der Bezeichnung LyondellBasell Moplen RP220M natur, mit Hilfe eines selbst hergestellten Filaments mit einem Filamentdurchmesser von 1.75 mm mit einem Raise3D Pro2 3D-gedruckt (siehe 2).
Durch das Abziehen des Prüfkörpers von der jeweiligen auf den Prüfschlitten befestigten Druckplattform kann z.B. mit Hilfe eines Universaltesters die Peelkraft aus dem erhaltenen Diagramm ermittelt werden (siehe Adhäsionstest und 3). Die in Tabelle 2 und 3 aufgeführten Peelkräfte entsprechen arithmetisch gemittelten Werten (siehe 3). Die aufgeführten Parameter können vom Fachmann in Bezug auf die vorliegende Erfindung leicht und ohne großen Aufwand auf andere extrusionsbasierte-3D-Drucker übertragen und die Messungen nachgestellt werden.
Peelkraftmessungen an Druckplattformen aus Glas, Aluminium und Kaptonfolie konnten aufgrund der geringen Anhaftung der Prüfkörper nicht durchgeführt werden. Die Referenz-Druckplattformen blaues Kreppklebeband und Adhäsionsfolie der Firma Ultimaker zeigen überraschend niedrige Peelkräfte von unter 1 N/8mm, und die oben beschriebenen Prüfkörper konnten erst nach aufwendiger Optimierung der 3D-Druckparameter gedruckt werden. Die Referenz-Druckplattform aus PP-basierten Klebeband dagegen verschmolz mit den darauf gedruckten Prüfkörpern, so dass die Prüfkörper im Peeltest nicht ohne Zerstörung des PP-Klebebandes abgezogen werden konnten (siehe Tabelle 1). Die Druckplattformen, die mindestens chemisch vernetzte Gummimaterialien, chemisch vernetzte Elastomercompounds oder Mischungen aus diesen aufweisen, zeigen in Abhängigkeit von dem eingesetzten Material niedrige Peelkräfte unter 1 N/8mm, für z. B. HNBR, FKM und VMQ, optimale Peelkräfte zwischen 1 und 20 N/8mm, für z. B. IIR, CR, CSM, EPDM, EPDM/SBR, NR (Vorderseite), NBR, NBR/SBR und SBR, und einige Druckplattformen, wie z. B. EPDM (Shore A 60), EPDM/PP, NR (Rückseite) verschmolzen teilweise oder ganz mit den darauf gedruckten Prüfkörpern (Peelkraft > 20 N/8mm) und konnten im Peeltest nicht zerstörungsfrei abgezogen werden (siehe Tabelle 3). Daher lässt sich feststellen, dass eine große Anzahl von Druckplattformen, die mindestens chemisch vernetzte Gummimaterialien, chemisch vernetzte Elastomercompounds oder Mischungen aus diesen aufweisen, optimale Peelkräfte zwischen 1 und 20 N/8mm aufweisen und daher optimal für den extrusionsbasierten und insbesondere für den FDM 3D-Druck mit Polyolefinen oder polyolefinbasierten Materialien geeignet sind und gleichzeitig ein rückstandsloses und defektfreies Ablösen der Druckprodukte gewährleistet.
Obwohl die aufgelisteten Beispiele für die Referenz-Druckplattformen und Druckplattformen, die mindestens chemisch vernetzte Gummimaterialien, chemisch vernetzte Elastomercompounds oder Mischungen aus diesen aufweisen, sehr umfangreich sind, versteht es sich, dass sowohl die vorangehende Beschreibung als auch die folgenden Beispiele, aufgeführt in Tabelle 3, nur beispielhaft und erläuternd sind und die beanspruchte Erfindung nicht beschränken.
Generell zeigen die Untersuchungen an den Referenz-Druckplattformen und Druckplattformen, die mindestens chemisch vernetzte Gummimaterialien, chemisch vernetzte Elastomercompounds oder Mischungen aus diesen aufweisen, dass die Schichtdicke der Druckplattform nur einen geringen Einfluss auf das Adhäsionsverhalten von FDM 3D-gedruckten Objekten ausübt. Beispielsweise zeigen alle untersuchten IIR Elastomere (Tabelle 3, B4) mit den Dicken 1,5 mm, 2 mm, 3 mm und 5 mm optimale Peelkräfte zwischen 1 und 20 N/8mm. Folglich ist die Oberfläche der Druckplattform und deren Vorbereitung durch z.B. Reinigung entscheidend für die Anhaftung und Entfernung der 3D-gedruckten Druckprodukte. Variationen bezüglich Härte und Oberflächenrauigkeit der Druckplattformen zeigen dagegen entscheidende Einflüsse auf Adhäsions- und Ablöseverhalten der Druckprodukte. So weist beispielsweise eine Seite eines NR Elastomers (Tabelle 3, B11(Vorderseite)) mit einer Oberflächenrauigkeit von 400µm (Vorderseite) eine optimale robuste Anhaftung während des 3D Drucks mit Polypropylen mit Peelkräften zwischen 1 - 20 N/8mm auf, während analog durchgeführte 3D Drucke auf der Rückseite mit einer Oberflächenrauigkeit von 17580µm zu einer wesentlich stärkeren Anhaftung der Druckprodukte an die Druckplattform (> 20 N/8mm, Tabelle 3, B11(Rückseite)) führt. In Bezug auf die Härte weist beispielsweise die Druckplattform aus EPDM mit der Shore-Härte 60 (Tabelle 3, B15) eine extrem hohe Peelkraft auf (> 20 N/8mm), so dass das Druckprodukt nicht zerstörungsfrei abgezogen werden kann, während die Druckplattform aus EPDM mit der höheren Shore-Härte von z.B. 80 oder 90 (Tabelle 3, B8 und B9) eine optimale robuste Anhaftung während des 3D-Drucks mit einer Peelkraft zwischen 1 - 20 N/8mm aufweist. Generell lässt sich somit der Trend feststellen, dass je weicher die Druckplattform und je größer die Oberflächenrauigkeit sind, desto höher sind auch die Peelkräfte, die benötigt werden um die 3D geduckten Prüfkörper von der Druckplattform abzuziehen.
Darüber hinaus erweisen sich die elastischen Eigenschaften der erfundenen Druckplattformen, die mindestens chemisch vernetzte Gummimaterialien, chemisch vernetzte Elastomercompounds oder Mischungen aus diesen aufweisen, als sehr vorteilhaft in Bezug auf das 3D-Drucken der ersten Schichten, da aufgrund der Elastizität ein nicht-optimierter Abstand von Extruderdüse zur Druckplattform und geringe Unebenheiten ohne Beeinträchtigungen auf die Adhäsion der gedruckten Schicht und das Druckergebnis toleriert werden. Dies ermöglicht einen schnelleren Start von extrusionsbasierten 3D-Drucken, da aufwendige Justierarbeiten vernachlässigt werden können. Das elastische und zugleich aufgrund der chemischen Vernetzung robuste Verhalten äußern sich weiterhin in einer extrem langen Gebrauchsdauer und exzellenten Widerstandfähigkeit gegenüber Abnutzung und Beschädigung. Daher bieten die hier erfundenen Druckplattformen optimale, rutschhemmende, vibrationsdämpfende, widerstandsfähige, wiederverwendbare und im Hinblick auf die Adhäsion optimale Eigenschaften für den extrusionsbasierten 3D-Druck mit Polyolefinen, hier gezeigt am FDM 3D-Druck mit Polyolefinen sowohl im Hinblick auf die Anhaftung während des 3D-Drucks als auch auf das einfache fehlerfreie Ablösen der Druckprodukte. Darüber hinaus erleichtern die selbstklebenden Eigenschaften einiger beschriebene Druckplattformen die Handhabung entscheidend und erlauben ein extrem einfaches Entfernen und Wiederaufbringen oder den Austausch der Druckplattform.

Tabelle 2: Beispiele für Referenz-Druckplattformen und Untersuchung des Adhäsionsverhaltens von FDM 3D-gedruckten Prüfkörpern auf diesen Druckplattformen, gedruckt mit dem Ultimaker PP und charakterisiert anhand der Peelkraft.

Referenz-Druckplattform	3D Druck Filamentmaterial	Beispiel	Farbe der Druckplattform	Peelkraft [N/8mm]	Anhaftung von FDM 3D-gedruckten Objekten an die Druckplattform, 3D-gedruckt mit dem Ultimaker PP
Druckbett aus Glas	Ultimaker PP	Glasobjektträger: Referenz 1	-	-	typischerweise schlägt der 3D-Druck fehl
Druckbett aus Aluminium	Ultimaker PP	Aluminiumplatte: Referenz 2	metallischgrau	-	typischerweise schlägt der 3D-Druck fehl
Druckbett mit einer Kaptonfolie	Ultimaker PP	Kaptonfolie, Schichtdicke 120µm: Referenz 3	bernsteinfarben	-	typischerweise schlägt der 3D-Druck fehl
Druckbett mit Kreppklebeband	Ultimaker PP	Papierklebeband von 3M Scotch: Referenz 4	blau	0.8	erfolgreich nach aufwendiger Optimierung der 3D-Druckparameter
Druckbett mit Klebefolie	Ultimaker PP	Adhäsionsfolie von Ultimaker: Referenz 5	farblos	0.5	erfolgreich nach aufwendiger Optimierung der 3D-Druckparameter
Druckbett mit PP-Oberfläche	Ultimaker PP	PP-Klebefilm: Referenz 6	farblos	-	3D-gedruckte Objekte verschmelzen typischerweise mit der Druckplattform

Tabelle 3: Beispiele für Druckplattformen, die mindestens chemisch vernetzte Gummimaterialien, chemisch vernetzte Elastomercompounds oder Mischungen aus diesen aufweisen, und Untersuchung des Adhäsionsverhaltens von FDM 3D-gedruckten Polyolefine-Prüfkörpern auf diesen Druckplattformen, charakterisiert anhand der Peelkraft:

Gummimaterial und Elastomercompound	3D Druck Filamentmaterial	Beispiel	Farbe, Materialdicke der Druckplattform	Oberflächenrauigkeit Ra [µm]	Härte der Druckplattform [Shore A]	Peelkraftbereich [N/8mm]	Anhaftung von FDM 3D-gedruckten Objekten an die Druckplattform, 3D-gedruckt mit ausgewählten Polyolefinen
HNBR	Ultimaker ppa)	B1	schwarz, 1mm	307 ± 95	65 ± 5	< 1	3D-Druck schlägt fehl oder erfordert aufwendige Optimierung der 3D-Druckparameter
FKM	Ultimaker PP	B2	schwarz, 1mm	245 ± 55	72 ± 5
VMQ	Ultimaker PP	B3	beige, 1mm	1065 ± 195	50 ± 5
	iPP Orbitech
	HDPE ^b)
	LLDPE ^c)
	P-filament^d)
	Raco PP^e)
IIR	Ultimaker PP	B4	schwarz, 1,5 mm, 2 mm, 3 mm, 5 mm	630 ± 85	60 ± 5	1-20	3D-Druck funktioniert optimal; robuste Anhaftung während des 3D-Drucks und defektfreies
	iPP Orbitech
	HDPE
	LLDPE
	P-filament
	Raco PP					1-20	Abnehmen des fertig gedruckten Objektes ist gewährleistet
CR	Ultimaker PP	B5	schwarz, 0,5 mm	985 ± 205	65 ± 5
CSM	Ultimaker PP	B6	schwarz, 2 mm	555 ± 175	65 ± 5
EPDM	Ultimaker PP	B7	schwarz, 1mm	150 ± 30	70 ± 5
	iPP Orbitech
	HDPE
	LLDPE
	P-filament
	Raco PP
EPDM	Ultimaker PP	B8	schwarz, 1mm	240 ± 50	80 ± 5		3D-Druck funktioniert optimal; robuste Anhaftung während des 3D-Drucks und defektfreies Abnehmen des fertig gedruckten Objektes ist gewährleistet
EPDM	Ultimaker PP	B9	schwarz, 2 mm	150 ± 60	90 ± 5
EPDM/SBR	Ultimaker PP	B10	schwarz, 1mm	1260 ± 540	65 ± 5
	iPP Orbitech
	HDPE
	LLDPE
	P-filament
	Raco PP
	Ultimaker PP
NR	Ultimaker PP	B11 (Vorderseite)	rot, 1,5 mm	400 ± 125	37 ± 3
NBR	Ultimaker PP	B12	beige, 1mm	830 ± 190	60 ± 5
	iPP Orbitech
	HDPE
	LLDPE
	P-filament
	Raco PP
NBR/SBR	Ultimaker PP	B13	schwarz, 1mm	700 ± 305	65 ± 5
SBR	Ultimaker PP	B14	beige, 1mm	185 ± 60	67 ± 5
EPDM	Ultimaker PP	B15	weiß, 1mm	385 ± 30	60 ± 5	> 20	3D-gedruckte Objekte verschmelzen typischerweise oder ganz mit der Druckplattform
EPDM/PP	Ultimaker PP	B16	beige, 0,5 mm	605 ± 75	64 ± 5
NR	Ultimaker PP	B11 (Rückseit e)	rot, 1,5 mm	17580 ± 5285	37 ± 3
^a) Ultimaker PP = Ultimaker PP Polypropylen Premium Filament natur mit einem Filamentdurchmesser von 2.85 mm, 3D-gedruckt mit einem 3ntr A4 3D-Drucker. ^b) iPP Orbitech = PP-Filament der Firma Orbitech (vermutlich isotaktisches Polypropylen) mit einem Filamentdurchmesser von 2.85 mm, 3D-gedruckt mit einem 3ntr 4A; HDPE = High Density Polyethylen mit der Bezeichnung Hostalen GC 7260 natur, selbst hergestelltes Filament mit einem Filamentdurchmesser von 1.75 mm, 3D-gedruckt mit einem Raise3D
Pro2. ^c) LLDPE = Linear Low Density Polyethylen mit der Bezeichnung Exxonmobile LL1201 XU natur, selbst hergestelltes Filament mit einem Filamentdurchmesser von 1.75 mm, 3D-gedruckt mit einem Raise3D
Pro2. ^d) P-filament = Polypropylen Filament P-filament 741 natur der PPprint GmbH mit einem Filamentdurchmesser von 1.75 mm, 3D-gedruckt mit einem Raise3D Pro2. ^e) Raco PP = Polypropylen random Copolymer mit der Bezeichnung LyondellBasell Moplen RP220M natur, selbst hergestelltes Filament mit einem Filamentdurchmesser von 1.75 mm, 3D-gedruckt mit einem Raise3D Pro2.

Obwohl die in Tabelle 3 aufgelisteten Ausführungsformen der Druckplattform, die mindestens chemisch vernetzte Gummimaterialien, chemisch vernetzte Elastomercompounds oder Mischungen aus diesen aufweist, sehr umfangreich sind, versteht es sich, dass sowohl die vorangehende Beschreibung als auch die aufgeführten Beispiele nur beispielhaft und erläuternd sind und die beanspruchte Erfindung nicht beschränken. Obgleich die Erfindung im Detail durch die vorteilhaften Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Insbesondere beschränkt sich die Erfindung nicht auf die angegebenen Merkmalskombinationen, sondern es können auch für den Fachmann offensichtlich ausführbare andere Kombinationen und Teilkombinationen aus den offenbarten Merkmalen gebildet werden.

Claims

Eine beheizbare oder nichtbeheizbare Druckplattform für einen extrusionsbasierten 3D-Drucker, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplattform (B) mindestens chemisch vernetzte Gummimaterialien, chemisch vernetzte Elastomercompounds oder Mischungen aus diesen Materialien aufweist.
Eine beheizbare oder nichtbeheizbare Druckplattform eines FDM-3D-Druckers, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplattform (B) mindestens chemisch vernetzte Gummimaterialien, chemisch vernetzte Elastomercompounds oder Mischungen aus diesen aufweist.
Druckplattform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplattform (B) mindestens chemisch vernetzte natürliche oder synthetische Gummimaterialien aufweist.
Druckplattform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dieser Polyolefine mittels FDM-Verfahren druckbar sind, wobei ein derart gedrucktes Polyolefinprodukt von der Druckplattform (B) rückstandslos ablösbar ist.
Druckplattform nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese mittels FDM-Verfahren polyolefinbedruckbar ausgebildet ist.
Druckplattform nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abziehen eines Prüfkörpers (D), 3D-gedruckt mit wenigstens einem Polyolefin oder wenigstens einem polyolefinbasierten Filamentmaterial, von der Druckplattform (B) eine Peelkraft zwischen 1 - 20 Newton/8mm aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Druckplattform nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche wenigstens die Schritte aufweisend: a. Bereitstellen von Ausgangsmaterial; b. Herstellen einer Schalung zum Vergießen des Ausgangsmaterials und/oder Verwendung eines Walzwerkes zur Verarbeitung des Ausgangsmaterials; c. Einfüllen des Ausgangsmaterials in die Schalung oder das Walzwerk; d. Beaufschlagen des vergossenen Ausgangsmaterials mit wenigstens einem externen Faktor zum Aushärten des Ausgangsmaterials und zur Erzeugung der Druckplattform (B); e. Entnehmen und/oder Reinigen der derart hergestellten Druckplattform (B).
Verwendung einer Druckplattform nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche als Trägermaterial, auf welchem polyolefinbasierte Kunststoffe über extrusionsbasierte Verfahren aufgedruckt und nach Fertigstellung des Drucks rückstandslos ablösbar sind.
Verwendung der Druckplattform nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8 im 3D-Druck als Trägermaterial, auf welchem polyolefinbasierte Kunststoffe aufdruckbar und nach Fertigstellung des Drucks rückstandslos abziehbar sind.
3D-Druckprodukt hergestellt mittels extrusionsbasierten 3D-Druckverfahren unter Verwendung einer Druckplattform (B) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche.