Neue Gestaltungsfreiheiten durch 3D-gedruckte Faser-Kunststoff-Verbunde

Abstract

Am Institut für Konstruktionstechnik der TU Braunschweig werden generative Fertigungsverfahren verwendet, um die Produktentwicklung durch Anschauungs-, Konzept- sowie Funktionsmodelle zu unterstützen. Insbesondere bei weit verbreiteten Rapid Technologien, die kostengünstige Kunststoffe verwenden, verhindern die relativ schlechten Materialeigenschaften allerdings oft den Einsatz der so hergestellten Modelle als Funktionsmuster. Ein etabliertes Mittel zur Verbesserung der Materialeigenschaften von Kunststoffen ist das Einbetten von Verstärkungsfasern. Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) erreichen ihre Überlegenheit gegenüber anderen Werkstoffen durch die Einstellbarkeit der Materialeigenschaften entsprechend der späteren Betriebsbedingungen. Da bei der Herstellung üblicherweise mit einem Schichtaufbau und ebenen Halbzeugen gearbeitet wird, müssen während der Konstruktion von Bauteilen aus FKV viele Kompromisse eingegangen werden. Zusätzlich lässt sich die Herstellung von Bauteilen aus FKV schwer automatisieren. Die Produktion von FKV-Bauteilen ist bei den etablierten Herstellverfahren personal- und energieintensiv, verursacht Materialverschnitt und Sonderabfälle. Vielen dieser Einschränkungen kann durch die Anwendung generativer Fertigungsverfahren auf FKV begegnet werden. Das in diesem Beitrag vorgestellte Verfahren zeigt eine Möglichkeit zur Erweiterung der Schmelzschichtung durch Einbettung von Endlosfasern. Durch Anpassung der Maschinensteuerung werden die Verstärkungsfasern während des Auftragens belastungsgerecht orientiert. Dadurch kann eine bisher nicht gekannte Gestaltungsfreiheit bei der Konstruktion mit FKV erreicht werden. Diese Freiheiten gilt es durch eine angepasste Konstruktionsmethodik auszuschöpfen.