Faserverstärkter 3D-Druck

Hybride 3D-Druckstrukturen auf Basis von FDM-, SLS- und DLP-Druckteilen mit Faserverstärkung und lokaler Faserintegration

Themenbeschreibung

Additive Fertigungsverfahren bieten vielfältige Möglichkeiten zur Optimierung von Strukturen. Durch die hohe Designfreiheit und die kostengünstige Herstellung kleiner Stückzahlen sind Bauteile möglich, die mit konventionellen Verfahren nur schwierig oder nicht fertigbar sind. Eine Ergänzung der gedruckten Strukturen um beispielsweise eine lastpfadgerechte lokale Faserverstärkung erhöht das Einsatzpotential weiter.

Interessierte Studenten können Additive Fertigungsverfahren als Teil der Vorlesung „Werkstoffe und Fertigungsverfahren für die Luftfahrt“ oder über das praktisch orientierte Seminar „Additive Fertigungsverfahren“ kennenlernen. In letzterem werden die Grundlagen verschiedener AF-Verfahren gelehrt und das Wissen anhand einer Leichtbaukomponente konstruktiv und experimentell umgesetzt.

Kurzfaserverstärkte Stereolithografie mittels DLP: Zur vollständig automatisierten und ressourcenschonenden Produktion von Kunststoffbauteilen gilt die additive Fertigung als vielversprechender Ansatz. Durch die Entwicklung von Flächenbelichtungstechnologien im Bereich der Stereolithografie (SL) ist nun aufgrund der simultanen Schichtherstellung eine deutliche Steigerung des Produktionsvolumens möglich.

Da die Werkstoffeigenschaften von marktüblichen photoreaktiven Duroplasten limitiert sind, wird im Rahmen der Forschungstätigkeiten im Projekt SYMPA (BMBF) die Verstärkung mittels Kurzfasern untersucht. Ziel ist es hierbei, die prozessbedingten Limitationen zu ermitteln und anschließend zur Maximierung der Werkstoffeigenschaften zu erweitern.

Hybride 3D-Druckstrukturen:  In diesem Forschungsfeld wird die Kombination von faserverstärkten und additiven Fertigungsverfahren untersucht. Der Ansatz besteht dabei in der sequentiellen Schichtung von 3D-gedruckten Elementen und lastpfadgerecht eingebetteten Faserverbundkomponenten. Hierbei sollen die Faserlagen nicht nur in einer Ebene, sondern auf gekrümmten Bahnen im Raum abgelegt werden. Dadurch soll es möglich werden, Kraftverläufe in hybriden 3D-Druckstrukturen im Raum lastpfadgerecht zu optimieren und auszulegen.

Für die Vereinigung der einzelnen Subelemente soll möglichst auf Additive oder Klebstoffe verzichtet werden. Die Fügestellen zwischen den Subelementen müssen dennoch von einer derartigen Güte sein, dass auf kraftschlüssige Verbindungselemente verzichtet werden kann. Die 3D-Druck-Subelemente dienen im Fertigungsprozess als Formen für die faserverstärkten Subelemente. Dies ermöglicht insbesondere für kleine Stückzahlen eine kostengünstige Fertigung und ein Höchstmaß an Flexibilität.

Ein entsprechendes Fertigungsverfahren zur Herstellung dieser Strukturen wird im Rahmen des Luftfahrtforschungsprojektes HYBSH (LuFo V-3) entwickelt.


Förderprojekte & Links

HYBSH: Hybride Strukturen durch die Kombination aus faserverstärkten und additiven Fertigungsverfahren für den Einsatz in der Luftfahrtindustrie - Gefördert im Rahmen des 3. Aufrufs des 5. zivilen Luftfahrtforschungsprogramms (LuFo V-3)

SYMPA: Innerhalb des BMBF-Förderprogramms „Vom Material zur Innovation“ hat das Projekt SYMPA zum Ziel, nachhaltige Materialien, Prozesse und Nachbehandlungsverfahren für den Einsatz von Stereolithografieverfahren (SLA) zu entwickeln, um einen dauerhaften Einsatz (~10 Jahre) in Automobilanwendungen zu ermöglichen.

Dieses Bild zeigt  Tristan Schlotthauer
M.Sc.

Tristan Schlotthauer

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Dieses Bild zeigt  Marlies Springmann
M.Sc.

Marlies Springmann

Wissenschaftliche Mitarbeiterin

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