3D-Druck

Viele Industriezweige, wie die Automobil- und Luftfahrtbranche, setzen auf Faserverbundwerkstoffe als Hightech-Material. Aus einer Kunststoffmatrix mit verstärkenden Fasern, aus Glas oder Kohlenstoff, entstehen mithilfe additiver Fertigungstechniken Bauteile mit hoher Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht.

Es existieren einige additive Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Kunststoffteile, wie Filamentdruck, Stereolithografie oder Selektives Lasersintern, die teils den 3D-Druck mit Kurzfasern ermöglichen. Die bekannten Verfahren für die Endlosfaserverstärkung sind jedoch aufgrund der verwendeten nachteiligen Heizquelle und der Drucksteuerungstechnologie stark eingeschränkt hinsichtlich Filamentdurchmesser, Faservolumengehalt und Druckgeschwindigkeit.

Basierend auf elektromagnetischer Erwärmung wurde eine alternative 3D-Drucktechnologie entwickelt, mit der große Mengen kontinuierlicher faserverstärkter thermoplastischer Verbundwerkstoffe (CFRTP) mit hoher Geschwindigkeit verarbeitet werden können. Dies gelingt mit einem resonanten Mikrowellenapplikator als Druckkopf, der ein gleichmäßiges und schnelles Erhitzen selbst bei großen Filamentdurchmessern ermöglicht. Hierbei wird ein vorimprägniertes Filament – ein fadenförmiges Polymer, das die Endlosfasern umschließt – in einen Koaxialresonator geführt und fungiert dort auch als Innenleiter des Resonators. Während sich das faserverstärkte Filament durch den Resonator bewegt, wird es durch Mikrowellenstrahlung über den gesamten Volumenquerschnitt erhitzt. Das aufgeheizte Filament wird schließlich aus der Druckdüse extrudiert oder pultrudiert und auf die Druckplattform oder als freistehende Gitterstruktur im dreidimensionalen Raum gedruckt.