Der 3D Fibre Printer des Fraunhofer IPA ermöglicht es, Composites zu verdrucken und stabilere Bauteile herzustellen.

Der 3D Fibre Printer des Fraunhofer IPA ermöglicht es, Composites zu verdrucken und stabilere Bauteile herzustellen. Rainer Bez/Fraunhofer IPA

Um ein stabiles Werkstück zu fertigen, müssen die Fasern bei der Herstellung von Faserverbundkunststoffen in Richtung der Kraftflüsse verlegt werden. Herkömmliche Verfahren wie die Harzinjektion oder das Laminieren stoßen hier an ihre Grenzen, weiß Jonas Fischer, Wissenschaftler am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. Der 3D Fibre Printer ist dagegen mit einer neuartigen Düse ausgestattet, die Endlosfasern direkt beim Drucken in den Kunststoffstrang integriert. Laut Fischer lassen sich damit erstmals Composites verdrucken.

Höhere Festigkeit um Faktor Zehn

Für mehr Stabilität und Flexibilität haben die Experten die Düse an einen Roboterdruckkopf montiert. Im Gegensatz zu konventionellen 3D-Fertigungsverfahren, welche über ein 3-achsiges System an den schichtweisen Aufbau einer Struktur gebunden sind, kann der 6-achsige Roboter Strukturen frei im Raum aufbauen. Dieses ‚Free Space Fabrication‘ (FSF) wird am Fraunhofer IPA in Kombination mit dem 3D Fiber Printer weiterentwickelt. Durch die erweiterte Produktionsfreiheit lassen sich die Fasern entsprechend der Kraftflüsse optimal im Werkstück platzieren. Weil die Wissenschaftler Endlosfasern, anstelle von Faserabschnitten im Werkstoffverbund verwenden, erhält das Bauteil zusätzliche Stabilität. „Mit den Faserverbundmaterialien kann gegenüber den heute in der additiven Fertigung eingesetzten Kunststoffen eine um etwa den Faktor zehn höhere Festigkeit erreicht werden“, erläutert Fischer. Weiterhin lasse sich mit der Technologie die für den 3D-Druck geeignete Werkstoffpalette erweitern. Möglich seien, so Fischer, alle Thermoplast-Materialien, die sich mit der Düse aufschmelzen lassen, sowie die Kombination mit zahlreichen Fasern, zum Beispiel Glas, Aramid oder Kohlenstoff. Auch die Verarbeitung biobasierter Kunststoffe und Naturfasern sei möglich.

Technologie für den Mittelstand

Mit dem 3D Fibre Printer haben die Wissenschaftler bereits Materialprüfkörper für interne Tests gedruckt. Um ihn der Industrie zugänglich zu machen, muss er aber noch weiterentwickelt werden. Dies soll nun in einem weiteren Projekt erfolgen.