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Generative Fertigungstechnik

Thermoplastische Kunststoffteile aus dem 3D-Drucker

9. Oktober 2013, 11:37 Uhr | Andreas Fischer, Steve Rommel

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Komplexe Problemstellung – innovativ gelöst

Der Lösungsansatz des am Fraunhofer IPA entwickelten entwickelten und zum Patent angemeldeten 3D Fibre Printer besteht in der Einbringung von Fasern in den Kunststoffstrang während des Druckprozesses, sodass aus dem speziellen Schmelzkopf des Printers der Matrixfaserverbund schichtweise aufgetragen werden kann. Der Schmelzkopf selbst wird von einem 6-Achs-Knickroboter geführt. Das kommt nicht nur der besseren Skalierbarkeit der Bauteilgröße zugute, sondern bietet auch die Möglichkeit, andere Bauteile, Komponenten oder Halbzeuge in den dreidimensional gedruckten Faserkunststoffverbund zu integrieren und auch faserspezifisch zu drucken.
»Durch den 3D Fibre Print wird die automatisierte und formlose Herstellung komplexer thermoplastischer Faserkunststoffverbund-Bauteile aus Matrix und Endlosfaser ab Losgröße eins erreichbar«, fasst Andreas Fischer das Ergebnis zusammen.

Um dieses Ziel zu erreichen, musste das Fraunhofer-Team eine Reihe komplexer physikalischer Probleme lösen. Die unterschiedlichen Eigenschaften der eingesetzten Materialien verlangen eine differenzierte Behandlung von Thermoplastkunststoff und Karbonfaser im selben Prozess. Der Kunststoff-Materialstrang ist in der Regel 1,75 mm oder 3 mm stark. Karbonfasern sind erheblich dünner, ein 1k-Karbonfaserkabel beispielsweise hat einen Durchmesser von 190 μm. Das Kunststofffilament kann Zug- und Druckkräfte aufnehmen, es kann also bis zum Austritt aus der Düse unter Einsatz von Ritzeln und Kugellagern geradlinig und reibungsarm kontinuierlich vorwärts geschoben werden. Fasern dagegen können in der Längsrichtung nur Zugkräfte übertragen. Beide Faktoren bedingen, dass Karbonfaser und Thermo plaststrang nicht mit demselben Mechanismus und auch nicht mit derselben Geschwindigkeit zugeführt werden können.