Additiver Leichtbau

Das Fraunhofer-Institut IPA arbeitet an einem 3D-Drucker für Faserverbundwerkstoffe. Der neue "3D Fibre Printer" verspricht einen großen Schritt vorwärts für Leichtbau in der additiven Produktion. Die 2014 erstmals vorgestellte Technik soll nun durch die Initiative "3D-CP" fertig entwickelt und dem Mittelstand zugänglich gemacht werden.

01. August 2016

Dem Stuttgarter Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA hat einen 3D-Drucker für Faserverbundwerkstoffe entwickelt. Der neue 3D-Drucker arbeitet mit einer Düse, die Endlosfasern innerhalb des aufzutragenden Kunststoffstrangs abscheidet. Dieses Verfahren ermöglicht die präzise Positionierung jeder einzelnen Faser in der Matrix und damit eine verbesserte Verbundstruktur. Denn die Faserverstärkung ist am wirksamsten, wenn Langfasern in Richtung der Kraftflüsse verlegt sind.

Bei den gängigen Verfahren ist das nicht immer zu gewährleisten, so Jonas Fischer, Wissenschaftler am Fraunhofer IPA: "Da man meist auf die Faserausrichtung innerhalb eines textilen Halbzeugs beschränkt ist, muss man Abstriche bei der Festigkeit hinnehmen." Durch den neuen Drucker lässt sich dagegen die Endlosfasern in den Kunststoffstrang integrieren: "Da wir so erstmals Composites verdrucken können, eröffnen wir ein neues Kapitel im additiven Leichtbau. [..] Mit den Faserverbundmaterialien kann gegenüber den heute in der additiven Fertigung eingesetzten Kunststoffen eine um etwa den Faktor zehn höhere Festigkeit erreicht werden", so Fischer.

Für mehr Stabilität und Flexibilität haben die Stuttgarter Forscher die Düse an einen Roboterdruckkopf montiert. Im Unterschied zum dreiachsigen Drucker kann der sechsachsige Roboter Strukturen frei im Raum aufbauen. Diese Methode wird am Fraunhofer IPA in Kombination mit dem 3D Fiber Printer weiterentwickelt. Die erweiterte Produktionsfreiheit soll es ermöglichen, die Fasern optimal im Raum entsprechend der Kraftflüsse im Werkstück zu platzieren.

Die Weiterentwicklung zur industriellen Anwendbarkeit soll nun im Rahmen des Netzwerks 3D-CP erfolgen. Das Netzwerk "3D Composite Print" (3D-CP) wurde im November 2015 von der Fraunhofer- Projektgruppe Regenerative Produktion und dem Lehrstuhl für Umweltgerechte Produktionstechnik der Universität Bayreuth gegründet. Der Verbund will Geräte zur Produktion von Leichtbauteilen mit 3D-Druck herstellen. Die Zielgruppe sind dabei mittelständische Unternehmen. "Uns geht es vor allem darum, dem Mittelstand die Technologie zugänglich zu machen", bemerkt Netzwerkmanager Markus Kafara von der Fraunhofer-Projektgruppe Regenerative Produktion in Bayreuth. Interessierte Unternehmen aus den Bereichen Digitalisierung, additive Fertigung oder Verbundwerkstoffe können noch beitreten.