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Vortrag

Additive Fertigung von endlosen Kohlenstofffaser verstärkten Verbundwerkstoffen

Donnerstag (27.06.2019)
11:05 - 11:25 Uhr

Die Additive Fertigung bietet neue Möglichkeiten in der Formgebung von Bauteilen durch den werkzeuglosen Aufbau in Schichten. Bei den industriellen Produkten liegt der Fokus aktuell aufgrund der geforderten hohen Festigkeiten auf den metallischen Werkstoffen, die mittels Pulverbettverfahren (SLS, SLM, EBM) und Schweißprozessen (z.B. wire arc additive manufacturing) additiv verarbeitet werden. Nachteilig sind hohe Kosten in der Nachbehandlung wie beispielsweise Glühbehandlungen, heißisostatisches Pressen, aufwendiges Entfernen von Stützstrukturen und das Überfräsen für eine höhere Oberflächenqualität. Für Prototypen haben sich vor allem polymere Werkstoffe wegen niedriger Material- und Maschinenkosten durchgesetzt. Einer der größten Vorteile von AM gefertigten polymeren Bauteilen ist die direkte Verwendung nach dem Druckprozess, da auf eine aufwendige Nachbehandlung verzichtet werden kann. Durch die Integration von Werkstoffen mit unterschiedlichen Materialeigenschaften, Features wie QR- und Barcodes zur Bauteilbestimmung/ -historie und der Integration von Elektronik und Sensorik bietet das Materialextrusionsverfahren (FDM, FFF) neben den geringen Material- und Maschinenkosten einen hohen wirtschaftlichen Vorteil für Kleinserien. Als größter Nachteil hat sich herausgestellt, dass die Festigkeiten polymerer additive gefertigter Komponenten für viele Anwendungen nicht ausreichen und darum neuartige Werkstoffe benötigt werden.


Im Vortrag wird näher auf das am Fachgebiet entwickelten Verfahren eingegangen, mit dem die Integration von endlosen Kohlenstofffaserrovings in die gedruckten Stränge ermöglicht wurde. Die Festigkeit konnte von ca. 50 MPa bei unverstärkten Thermoplasten (z.B. PA6), auf ca. 550 MPa mit einer endlosen Faserverstärkung erhöht werden. Die mechanischen Eigenschaften sind unteranderem abhängig von den Druckparametern und dem Faservolumengehalt. Es werden außerdem Optimierungsmöglichkeiten für die Fasermatrixanbindung, wie eine Plasmabehandlung der Kohlenstofffasern oder das Aufbringen einer optimierten thermoplastischen Schlichte vorgestellt.


Durch diese neuartige Verarbeitung thermoplastischer Polymere mit integrierter endlos- Kohlenstofffaserverstärkung mittels Additiver Fertigung eröffnen sich neue Anwendungsgebiete.

 

Sprecher/Referent:
Mathias Czasny
Technische Universität Berlin
Weitere Autoren/Referenten:
  • Onur Kaba
    Technische Universität Berlin
  • Stephan Körber
    Technische Universität Berlin
  • Dr. Franziska Schmidt
    Technische Universität Berlin
  • Dr. Oliver Görke
    Technische Universität Berlin
  • Prof. Dr. Aleksander Gurlo
    Technische Universität Berlin