Hochschule Schmalkalden (HSM): Freie Fahrt für heiße Schmelze: Die Vorteile additiv gefertigter Werkzeuge in der Extrusion

Extrusion ist ein kontinuierliches Fertigungsverfahren, bei dem Materialien wie Kunststoffe, Metalle oder Lebens – mittel aufgeschmolzen und durch eine formgebende Düse (Matrize) gepresst werden. So entstehen „endlose“ Produkte wie Schläuche, Rohre oder Folien. Die Anlage besteht typischerweise aus mehreren Komponenten: Das Rohmaterial – meist Kunststoffgranulat – wird über einen Trichter in den Extruder geleitet. Dort fördert eine rotierende Schnecke (oder Schnecken) das Material, wobei Reibung und externe Heizbänder das Granulat aufschmelzen, verkneten und homogenisieren. Die Schmelze wird durch die Düse gepresst, anschließend abgekühlt, kalibriert und schließlich abgelängt oder aufgewickelt.

Entscheidend für die Qualität des Endprodukts sind zahlreiche Parameter: Schneckentyp, Fördergeschwindigkeit, Temperaturführung, Additive sowie die Gestaltung der Werkzeuge. Besonders bei hohen Stückzahlen können Optimierungen entlang der Prozesskette große Effekte erzielen, was Forschung lohnenswert macht.

Das Forschungsprojekt ExAM

Hier setzt ExAM an: Das Projekt untersucht, ob sich die bekannten Vorteile der additiven Fertigung auch auf die Extrusion übertragen lassen. Die Konstruktion additiver Werkzeuge eröffnet mehr Freiheitsgrade, was eine präzisere Formgebung und effizientere Schmelzeführung ermöglicht. Zugleich wird im Projekt ermittelt, ob der höhere Entwicklungsaufwand durch wirtschaftliche und technische Vorteile aufgewogen wird.

ExAM ist ein Projekt der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF), gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz. Es verfolgt eine vorwettbewerbliche Zielsetzung, von der alle beteiligten Unternehmen profitieren können. Die Ergebnisse sollen in einem Leitfaden münden, der Unternehmen praxisorientierte Hilfestellungen bei der Entwicklung additiver Werkzeuge bietet.

Partner und Perspektiven

Drei Partner arbeiten zusammen:
• Die Hochschule Schmalkalden bringt ihre Expertise in Extrusion und Health Tech ein.
• Die Universität Paderborn steuert Kunststofftechnik und technische Konstruktion bei.
• Das Fraunhofer IAPT Hamburg konzentriert sich auf Simulation und additive Fertigung mittels laserbasiertem
Pulverbettverfahren.

An der HSM liegt ein Fokus auf der Bewertung kommerziell verfügbarer Werkzeugstähle für den 3D-Druck. Ziel ist eine möglichst unkomplizierte Integration in bestehende Prozesse. Dabei werden auch Wechselwirkungen innerhalb der Extrusionsanlage berücksichtigt.

Neue Möglichkeiten durch neue Technik

Ein wichtiger Impuls für das Projekt kommt durch die Inbetriebnahme eines neuen 3D-Druckers nach dem Pelletdirektextruderprinzip. Dieser erlaubt die direkte Verarbeitung von Granulaten – auch metallhaltigen sogenannten Feedstocks. Nach dem Druck werden diese gesintert und erhalten die Eigenschaften konventioneller Stähle. Das Verfahren bietet eine wirtschaftliche Alternative zum aufwendigeren Laserschmelzen. Die Anschaffung wurde durch das Thüringer Zentrum für Maschinenbau und EFRE-Mittel der EU unterstützt.

Fazit:
Mit ExAM wird nicht nur erforscht, ob additive Fertigung das Extrusionsverfahren verbessern kann – es wird auch gezeigt, wie praxisnahe Forschung den Technologietransfer beschleunigt. Die Nutzung additiver Werkzeuge in der Extrusion könnte neue Maßstäbe in Effizienz, Qualität und Nachhaltigkeit setzen.

Neue Köpfe

Prof. Dr. iur. Karsten Löw
Anfang März diesen Jahres hat Karsten Löw die Professur für Wirtschaftsrecht, insbesondere dem Recht der Digitalisierung sowie dem Handels und Gesellschaftsrecht, an der Hochschule Schmalkalden übernommen. Seine Schwerpunkte liegen im Unternehmensrecht, dem KI-Recht sowie im Recht der Digitalisierung. Neben seiner einschlägigen wirtschaftswissenschaftlichen Forschungstätigkeit unter anderen in Marburg und Frankfurt am Main konnte er als langjähriger Richter profunde Erfahrungen und Einsichten in die Praxis der Rechtsanwendung sammeln.