Druckkopfaufbau für die Additive Fertigung mit Endlosfasern
Patent 18015/TUB

Ein Bauteil und eine Methode zur Konstruktion von endlosfaserverstärkten Thermoplasten.

Vorteile
  1. Additive Fertigung von Faserverbundwerkstoffen
  2. Verwendung und Kombination unterschiedlicher Matrix- und Fasermaterialien
  3. Unterschiedliche Faserdicken in einem Druckkopf
  4. Matrixanteil im Bauteil einstellbar
  5. Serienproduktion von Einzelstücken
Anwendungsmöglichkeiten

Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Medizintechnik (Pro und Orthesenherstellung) , Maschinenbau

Hintergrund

In der Materialextrusion, auch bekannt als Fused-Deposition-Modeling (FDM), werden aktuell vor allem unverstärkte und kurzfaserverstärkte Thermoplasten eingesetzt. Um deutlich höhere mechanische Eigenschaften zu erzielen, ist es möglich, endlose Kohlenstofffasern in den Thermoplasten einzuarbeiten. Aktueller Stand der Technik ist entweder die Verwendung von vorinfiltrierten endlosen Faserfilamenten oder die Ummantelung der Fasern mit der Thermoplastschmelze im Druckkopf. Mit der vorgestellten Druckkopftechnologie ist es möglich, Bauteile mit dem Materialextrusionsverfahren (FDM, FFF) aufzubauen und diese lokal durch Kohlenstoffasern zu verstärken. Gleichzeitig werden aber auch die Vorteile des Verfahrens, wie niedrige Maschinen- und Materialkosten oder den einfachen Multimaterialdruck genutzt.

Technische Beschreibung

Die vorgestellte Erfindung ermöglicht die Infiltration des Kohlenstofffaserrovings. Hierzu wird das Faserbündel über Stifte oder abgerundete Ecken geführt und somit die Polymerschmelze durch ein Druckfeld in den Faserstrang eingepresst. Dies wird durch das Aufweiten des Stranges zusätzlich erleichtert. Im Vergleich zu der bestehenden Technologie der vorinfiltrierten Endlosfaser-verstärkten Filamente, können bei der vorgestellten Druckkopftechnologie dickere Faserrovings verwendet werden, da die minimalen Biegeradien kleiner sind, als im Verbund. Außerdem kann lokal der Faservolu-mengehalt varriiert bzw. einfach verschiedene Matrixwerkstoffe verwendet werden.

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Ina Krüger

Lizenzmanagerin

+49 (0)30 314-75916
ina.krueger@tu-berlin.de

Technischer Reifegrad
TRL 4

Kleinserien-Prototyp

Schutzrechte

in Anmeldung: DE

Patentinhaber

Technische Universität Berlin

Möglichkeiten der Zusammenarbeit
  • F&E Kooperation
  • Patentkauf
  • Lizenzierung