Extrusion 4-2026

Extrusion 4/2026 kompakt 42 ► Universität Stuttgart Institut für Kunststofftechnik www.uni-stuttgart.de www.ikt.uni-stuttgart.de fordern daher einen optischen Zu- gang zum strömenden Medium. Das IKT ersetzt die gängigen Kamera- und Lasersysteme nun durch eine Rönt- genprüfung. Mit der institutseigenen μ-CT Anlage von Comet Yxlon (Typ FF20 CT), die eine Auflösung bis hinab zu einem Mikrometer ermöglicht, können die röntgenoptimierten Düsen aus Aluminium durchleuchtet und die Kunststoffschmelze darin an- hand der Wolframpartikel während der Extrusion positionsgenau erfasst werden. Dieser neuartige Zugang wird Modellierungen und Simulationen er- gänzen und validieren, die am Institut bereits länger mit Erfolg durchgeführt werden. Bisherige Methoden setzten entwe- der auf die Untersuchung des abge- kühlten, zuvor mit Farbmarkern versehenen Filamentstrangs oder nutzten transparente Glasdüsen zur Strömungsanalyse. Diese Ansätze er- möglichen jedoch nur indirekte Rück- schlüsse auf die Schmelze oder sind aufgrund der unterschiedlichen Ma- terialeigenschaften nicht auf metalli- sche Druckdüsen übertragbar. Auch bei der Particle Tracking- (PTV) und Particle Image Velocimetry (PIV), die in Wissenschaftler des Instituts für Kunststofftechnik (IKT) der Universität Stuttgart erforschen am Beispiel des additiven FFF-Fertigungsverfahrens (Fused Filament Fabrication), wie Kunststoffe in Druckdüsen aufge- schmolzen werden und fließen – mit- tels Röntgenstrahlen. Ziel ist es, bestehende Modelle und Simulati- onsansätze zu erweitern und experi- mentell validieren zu können. Im Rahmen des Forschungsprojek- tes „XTrude“ werden die Kunststoffe dazu mit sphärischen, bis zu 100 μm großen Wolframpartikeln aufbereitet, die einfallende Röntgenstrahlen weit stärker abschwächen als die umge- bende Kunststoff-Matrix. So können ihre Bewegungen per Particle Tra- cking- (PTV) und Particle Image Veloci- metry (PIV) erfasst und analysiert werden. Die additive Fertigung hat sich in den letzten Jahren zu einer der inno- vativsten Fertigungstechnologien zur Herstellung von Kunststoffprodukten mit höchst komplexer Geometrie ent- wickelt. Außer in Produktentwicklung und Prototypenfertigung findet sie zu- nehmend auch Anwendung in der Se- rienproduktion. Am weitesten verbreitet ist das so- genannte Fused Filament Fabrication- Verfahren (FFF), bei dem ein Kunst- stofffilament als Schmelzestrang schichtweise auf einer Bauplattform abgelegt wird. Die Geschwindigkeit dieses Prozesses wird maßgeblich durch die Aufschmelzrate des Fila- ments eingeschränkt. Die wirtschaftli- che Serienproduktion mittlerer bis größerer Losgrößen unter Einsatz die- ses Verfahrens stellt daher immer hö- here Anforderungen an seinen Durch- satz. Um diesen zu steigern, sind de- taillierte Modellierungen und Simula- tionsanalysen unerlässlich. Allerdings erschweren die geringen Bauteildi- mensionen des Hot-Ends, in dem das Filament aufgeschmolzen wird, die In- tegration sensorischer Elemente, die Aufschluss über die Details dieses Prozesses geben könnten. Die bisherigen Analyseverfahren er- Ein Röntgenblick auf die Aufschmelz- und Strömungsvorgänge in FFF-Druckdüsen der Strömungsmechanik häufig ein- gesetzt werden, kommen sogenannte Tracerpartikel zum Einsatz, die über Laser und Kamerasysteme in transpa- renten (!) Fluiden detektiert werden, um Informationen über die Strö- mungsvorgänge zu erhalten. Wäh- rend die PTV einzelne Partikeltrajek- torien verfolgt und detailliertere Ein- blicke in das Strömungsprofil liefert, wertet die PIV die Geschwindigkeits- felder insgesamt aus. Das erweiterte Verständnis über die Aufschmelz- und Strömungsvorgänge per Röntgenprüfung wird dazu beitra- gen, das FFF-Verfahren noch effekti- ver und wirtschaftlicher zu machen. Dieses Projekt wird von der Deut- schen Forschungsgemeinschaft (DFG) unter der Projektnummer 545960701 gefördert. Das Institut für Kunststoff- technik agiert in Lehre, Forschung und industrieller Dienstleistung in allen Hauptbereichen der Kunststoff- technik: der Werkstofftechnik, der Verarbeitungstechnik wie auch in der Produktentwicklung. Schnittansicht des geschmolzenen, Wolfram-beladenen Kunststoffs im Schmelzekanal (Schema, links). Rechts die tatsächlich berechneten Trajektorien der segmentierten Partikel bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 1,5 mm/s 2,0 1,5 1,0 0,5 0 Geschwindigkeit (mm/s)