Knoten geplatzt! Forscher drucken 3D-Teile mit hybriden Endlosfasern

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TU Dresden Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik

Als Ausgangsmaterial für den Druck-Prozess nutzen die ILK-Wissenschaftler ein Hybridgarn aus Glasfasern und Polypropylen als Verstärkungs- und Matrixkomponente und realisieren damit die Herstellung endlosfaserverstärkter Strukturen mit 35 Prozent Faservolumengehalt. Um die Verarbeitung des komplexen Werkstoffes zu ermöglichen, wurden mit Hilfe des neu entwickelten Druckkopfes umfangreiche Prozessstudien durchgeführt. In angepassten Versuchen konnten die Forscher bereits die relevanten elastischen Kennwerte und Festigkeiten bestimmen und eine Modellierungsstrategie zur Auslegung der neuen Werkstoffe erarbeiten.

Lastgerechte Faserausrichtung aus dem Drucker

Das neue Verfahren ermöglicht es, flexibel komplexeste Bauteile effizient und günstig herzustellen, die gleichzeitig hohen mechanischen Beanspruchungen gerecht werden. Mit dem entwickelten Faserdrucker wurden am ILK bereits erste Demonstratoren wie Biegeträger oder Zugstreben gedruckt und getestet. Die hergestellten Bauteile veranschaulichen die Möglichkeit, verschiedene Faserorientierungen innerhalb derselben Schicht beanspruchungsgerecht umzusetzen und im Multi-Material-Design mit anderen Werkstoffen zu kombinieren.

Das Innovationslabor für generative Fertigung wurde über die Professur für Funktionsintegrativen Leichtbau am ILK eingerichtet. Inhaber der Professur, Prof. Dr.-Ing. Niels Modler: „Der Leichtbau kann durch bionische Verstärkungsstrukturen, Multi-Material-Design und maßgeschneiderte Faserverbundtechnologie von der generativen Fertigung profitieren. Mit der Entwicklung des Druckkopfes etablieren wir eine vollkommen neue Materialgruppe der faserverstärkten Kunststoffe für die additive Fertigung.“

Auf dem Weg zur Teile-Individualisierung

Die additive Fertigungstechnologie bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten, neuartige Produkte effizient und mit hoher Gestaltungsfreiheit herzustellen. Hoch individualisierte und komplexe Bauteile können durch den charakteristischen schichtweisen Aufbau automatisiert und reproduzierbar hergestellt werden. Im Fokus der Forschungsaktivitäten am ILK stehen der gezielte Einsatz von Hochleistungswerkstoffen und deren synergetische Verbindung für einen ressourcenschonenden und kosteneffizienten Multi-Material-Leichtbau. MM

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