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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 2

Faserförderung als zentrales Problem

Auf der Suche nach Lösungen für das zentrale Problem der Faserförderung rechneten Andreas Fischer und sein Team verschiedene Alternativen durch, wobei der letztendlich von den Fraunhofer-Forschern gewählte Weg geschmolzenes Thermoplast-Material und Karbonfaser direkt im Austrittskanal der Printerdüse vereinigt. Die Faser wird innerhalb der Düse dem Hauptstrom des Filaments zugeführt. Durch die mechanische Einbindung der Faser in die Schmelze entsteht – in Abwandlung des Prinzips einer Wasserstrahlpumpe – ein Zug, der die Faser kontinuierlich weiter in den Extruder zieht. Mit diesem Mechanismus wird die Karbonfaser auf dem kurzen Weg zum Düsenausgang mit der richtigen Menge Kunststoff ummantelt und zu gleich mit derselben Vorschubgeschwindigkeit wie der Kunststoff mitgeführt.

Spezialdüse – generativ gefertigt
Um dieses innovative Prinzip zu realisieren, musste eine spezielle Düse entwickelt werden, die sich zwar an die Konstruktion einer Standard-Messingdüse anlehnt, wie sie im FDM-Verfahren längst Stand der Technik ist, sich aber gleichzeitig
in der komplexen inneren Kanalführung unterscheidet. Mit konventionellen Mitteln lässt sich eine solche komplexe Innengeometrie allerdings nicht erreichen. Die Spezialdüse des 3D Fibre Printer wird deshalb ebenfalls generativ mit einem Sinterverfahren, dem Selective Laser Melting (SLM), hergestellt.
Auch für die Vorschubeinheit des 3D Fibre Printer wurde ein aufbauendes Fertigungsverfahren gewählt: Die robust für den Dauereinsatz ausgelegte Baugruppe aus zwei Fördereinheiten, wurde über Selektives Lasersintern (SLS) hergestellt und ermöglicht so einen zuverlässigen Vorschub auch bei anderen Werkstoffen wie beispielweise thermoplastischem Polyurethan (TPU) – ebenfalls eine Neuentwicklung der Fraunhofer-Forscher.