Materialkunde
Flexibel und belastbar
Individualität und Anpassungsfähigkeit müssen zu Robustheit und Stabilität nicht im Widerspruch stehen: Produkte wie medizinische Prothesen, von denen beides verlangt wird, sollen dafür in Zukunft in einer Kombination aus 3D-Druck und Faserverbund-Technologie hergestellt werden. Der 3D-Druck gewährleistet maximale Flexibilität für Form und Funktion des Bauteils, der Faserverbundkunststoff sorgt für die entsprechende Stabilität, auch unter hoher Belastung.
Spritzgussbauteile aus Kunststoff, die zur Verstärkung mit Faserverbundkunststoffen kombiniert werden, haben einen großen Nachteil: Sie lassen sich nur schlecht an individuelle Wünsche oder Bedürfnisse anpassen. Da teure und unflexible Spritzgießwerkzeuge zum Einsatz kommen, ist die Fertigung in der Regel nur in Großserien erschwinglich. Auch spezielle Funktionalitäten oder Änderungen in der Bauteilentwicklung lassen sich nur durch aufwändige Nachbearbeitungsschritte einbringen. Die Herstellung von Kleinserien oder gar Prototypen scheitert deshalb an den hohen Kosten.
Das Fraunhofer IPT und seine Partner im Projekt »LightFlex« planen daher nun, für solche Anwendungsfälle die Spritzgusskomponente durch eine generativ gefertigte zu ersetzen: Durch den 3D-Druck lassen sich die Bauteile nahezu beliebig individualisieren und mit den gewünschten Funktionen versehen, bevor sie mit einem thermoplastischen Faserverbundkunststoff gefügt werden und so die erforderliche Belastbarkeit erreichen.
Um die Belastbarkeit der Bauteile zu optimieren werden für die FVK-Komponente sogenannte Organobleche aus unidirektionalen Halbzeugen verwendet. Anstelle von Standardware mit festgelegten Abmaßen kommen hier jedoch für den individuellen Anwendungsfall zugeschnittene Organobleche zum Einsatz, die auf einer vom Fraunhofer IPT aufgebauten Anlage endkonturnah gefertigt werden. Das minimiert Verschnitt und führt zu deutlichen Einsparungen bei den mit hohem Energieaufwand hergestellten Kohlenstofffasern. Die dazu verwendete Anlage hatte das Fraunhofer IPT bereits im Vorfeld im BMBF-geförderten Projekt »E-Profit« entwickelt.
Die Organobleche kombiniert das Fraunhofer IPT in einem Thermoforming-Prozess mit der 3D-gedruckten Stuktur. Das 3D-gedruckte Bauteil stellte der Projektpartner Wehl Group Sintertechnik bereit. Insgesamt umfasst das Projekt »LightFlex« die gesamte Prozesskette im Sinne einer vernetzten, adaptiven Produktion – von der Halbzeugherstellung durch das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen und weitere Partnern bis zur Besäumung mit dem Laserstrahl durch Arges.
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