Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWUWas ist die Herausforderung?
Sie stehen vor der Herausforderung, dass die mechanischen Eigenschaften additiv gefertigter Kunststoffbauteile häufig stark anisotrop sind? Aufgrund des ebenen Schichtaufbaus können auch additiv hergestellte Bauteile mit integrierten Kurz- oder Endlosfasern die oftmals schlechten mechanischen Eigenschaften in Aufbaurichtung nicht ausgleichen. Zudem kann durch bestehende Lösungen bei der Implementierung von Fasern während des additiven Fertigungsprozesses häufig lediglich ein geringer Faservolumengehalt realisiert werden.
Um für Anwender wie Sie diese Festigkeitsbeschränkungen zu überwinden, wurde am Fraunhofer-Kunststoffzentrum Oberlausitz ein Verfahren entwickelt, bei dem additiv gefertigte Strukturen gezielt und belastungsgerecht mit Endlosfasern verstärkt werden.
Welche Lösung haben wir für Sie?
Bei diesem neuartigen Verfahren werden innerhalb der Bauteilstruktur Kanäle vorgesehen, deren Ausrichtung den Hauptbelastungspfaden des Bauteils entspricht. Nach Fertigstellung der Bauteilstruktur werden durch diese Kanäle vorimprägnierte Fasergarne oder flache Faserhalbzeuge geführt, die anschließend innerhalb der Bauteilstruktur aushärten.
Am Beispiel eines Mountainbike-Rahmens konnte das Verfahren in einer realen Anwendung umgesetzt und validiert werden. Die optimale Rahmengeometrie sowie die Ausrichtung der Verstärkungselemente wurden im Vorfeld durch eine FEM-Topologieoptimierung ermittelt.
Was steht jetzt konkret zur Verfügung?
Durch die Kombination additiver Fertigungsverfahren und faserverstärkter Kunststofftechnologien steht Ihnen ein Verfahren zur Verfügung, das bei freier Formgebung die Fertigung hochbelastbarer Bauteile mit herausragenden strukturmechanischen Eigenschaften ermöglicht.
