Neue Faser-Matrix-Struktur mit dem 3D Fibre Printer - In-Prozess-Integration von Endlosfasern beim FDM

Die gesellschaftlichen Megatrends Individualisierung, Ökologie und Leichtbau werden von der Industrie nur rudimentär bedient. Durch Generative Verfahren wie das Fused Deposition Modeling (FDM) oder Selektives Lasersintern (SLS) können erste Muster bis hin zu fertigen Serienteilen oder Produkten in kürzester Zeit und höchster Materialqualität gefertigt werden. Verbundwerkstoffe aus Matrix und Faser werden derzeit in vielen Branchen eingesetzt und nachgefragt. Aktuell werden Faserkunststoffverbund Leichtbauteile im großen Stil in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Auch in anderen Gebieten, wie dem Automobilbau, sind immer leichtere und stabilere Werkstoffe gefragt. Bis heute sind Verbundwerkstoffe aus Matrix und Faser allerdings nur teilweise industriell herstellbar und müssen deshalb oft mit einem großen Anteil von Handarbeit produziert werden. Der Ansatz vom 3D Fiber Print ist die generative Fertigung von Verbundwerkstoffen mittels der Einbringung von Endlosfasern in den Kunststoffstrang beim Fused Deposition Modeling. Um Bauteile zu erzeugen wird der Matrix-Faser-Verbund schichtweise aufgetragen. Der spezielle Schmelzkopf des 3D Fiber Printers muss dazu im richtigen Verhältnis Endlosfaser und Matrix in eine Düse leiten und die Faser vollständig mit dem Kunststoff ummanteln. Als Achssystem für die 3D Fibre Print Schmelzköpfe wird ein 6-Achs Knickroboter eingesetzt, welcher neben einer sehr guten Skalierbarkeit bezüglich Bauteilgröße auch die Möglichkeit bietet andere Bauteile, Komponenten oder Halbzeuge in den 3D gedruckten Faserkunststoffverbund zu integrieren.