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.
Anwendungsmöglichkeiten
Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Medizintechnik (Pro und Orthesenherstellung) , Maschinenbau
Druckkopf für Additive Fertigung mit endlosen Kohlenstofffasern
