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22.07.2016

Faserverstärkte Bauteile drucken

Fibre-Printer-Technik breiter nutzbar machen

Gängige Verfahren zur Herstellung von Faserverbundwerkstoffe können bisher nicht mit denen additiver Fertigung kombiniert werden. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart, liefert nun mit einem 3D Fibre Printer erste Ansätze dafür. Die Anlage besteht aus einem Roboterdruckkopf mit einer neuartigen Düse, die Endlosfasern direkt beim Drucken in den Kunststoffstrang integriert. Im Gegensatz zu konventionellen 3D-Fertigungsverfahren, welche über ein 3-achsiges System an den schichtweisen Aufbau einer Struktur gebunden sind, kann der 6-achsige Roboter Strukturen frei im Raum aufbauen. Diese Free Space Fabrication (FSF) wird in Kombination mit dem 3D Fiber Printer weiterentwickelt. Die erweiterte Produktionsfreiheit soll es erlauben, die Fasern optimal entsprechend der Kraftflüsse im Werkstück zu platzieren.

Der 3D Fibre Printer des Fraunhofer IPA ermöglicht es, Composites zu verdrucken und stabilere Bauteile herzustellen (© Fraunhofer IPA, Foto: Rainer Bez)

Weil Endlosfasern, anstelle von Faserabschnitten im Werkstoffverbund verwendet werden, erhält das Bauteil zusätzliche Stabilität. Mit den Faserverbundmaterialien könne laut einem Wissenschaftler des IPAs gegenüber den heute in der additiven Fertigung eingesetzten Kunststoffen eine um etwa den Faktor zehn höhere Festigkeit erreicht werden. Weiterhin lasse sich mit der Technologie die für den 3D-Druck geeignete Werkstoffpalette entscheidend erweitern. Möglich seien, alle Thermoplast-Materialien, die sich mit der Düse aufschmelzen lassen, sowie die Kombination mit zahlreichen Fasern, z. B. Glas, Aramid oder Kohlenstoff. Auch die Verarbeitung biobasierter Kunststoffe und Naturfasern sei möglich.

Zielgruppe: Mittelständische Unternehmen

Mit dem Roboterdruckkopf haben die IPA-Wissenschaftler bereits Materialprüfkörper für interne Tests gedruckt. Um ihn der Industrie zugänglich zu machen, muss er aber noch weiterentwickelt werden. Dies soll nun in gemeinsamen Projekten mit dem Netzwerk 3D-CP erfolgen. Das Netzwerk wurde im November 2015 von der Fraunhofer-Projektgruppe Regenerative Produktion und dem Lehrstuhl für Umweltgerechte Produktionstechnik der Universität Bayreuth gegründet. Ziel des Verbunds ist, neue Verfahren für die Herstellung von Leichtbauteilen mit 3D-Druck herzustellen. Im Fokus der Entwicklung sollen mittelständische Unternehmen stehen. Bis heute sind acht Firmen aus Süddeutschland beigetreten. Dazu gehören Grundig Business Systems, ZCK, acad Prototyping, Carl Zeiss Optotechnik, Picco’s 3D World, isepos sowie die beiden jungen Unternehmen Maisenbachers und das Ingenieurbüro Dübon. Das Netzwerk ist offen für Forschungseinrichtungen, Firmen und Hochschulen.

Das nächste Treffen findet am 27. Juli beim Netzwerkpartner Picco’s 3D World in Deggendorf statt. Interessierte Unternehmen aus den Bereichen Digitalisierung, additive Fertigung oder FVK können noch beitreten und am Treffen teilnehmen. (fg)

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