Der Multimaterial-Leichtbaudemonstrator nutzt die elektrische Leitfähigkeit der Kohlenstofffaser zur direkten Erwärmung durch Joulesche Wärme. (Quelle: TU Dresden)

Additive Fertigungsverfahren eignen sich besonders für die Herstellung von Multimaterial-Leichtbauprodukten. Doch obwohl die in den vergangenen Jahren immer weiter entwickelt wurden, sind die strukturellen Eigenschaften von 3D-gedruckten Kunststoffbauteilen noch immer begrenzt.

Wissenschaftler des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden haben nun ein 3D-Druck-Verfahren enwickelt, das thermoplastische Kunststoffe mit kontinuierlichen Verstärkungsfasern kombiniert und die materialinhärenten Funktionalitäten nutzbar macht.

Die strukturellen Eigenschaften von 3D-gedruckten Kunststoffbauteilen lassen sich durch die gezielte Verstärkung mit Kohlenstofffasern um ein Vielfaches erhöhen. Die thermischen und elektrischen Eigenschaften der Kohlenstofffasern erlauben zudem eine gezielte Beeinflussung des 3D-gedruckten Bauteils, etwa um adaptive Steifigkeiten innerhalb einer intelligenten Struktur einzustellen.

3D-gedruckter Multimaterial-Leichtbaudemonstrator aus kohlenstofffaserverstärktem thermochromem Kunststoff und Titan-Grundstruktur (l.) und Darstellung des thermochromen Verhaltens, aktiviert durch elektrisch induzierte Wärme in der Kohlenstofffaser (r.) (Quelle: TU Dresden)

Auch können Strukturen dank Kohlenstofffaser gezielt aufgeheizt werden, etwa zur integrierten Enteisung in Tragflächen oder zur Temperierung von Bioreaktoren. Dafür wird die elektrische Leitfähigkeit der Kohlenstofffaser im 3D-gedruckten Bauteil zur direkten Erwärmung durch Joulesche Wärme genutzt, was zu einem Temperaturanstieg sowohl in der Kohlenstofffaser als auch im Kunststoff führt.

Die Dresdner Forscher entwickeln ebenfalls Strategien und Verfahren, um die additiv gefertigten Strukturen in der Multimaterial-Baugruppe zu integrieren. So werden generative Fertigungstechnologien für Multimaterial-Leichtbaustrukturen sowie zugehörige Werkzeugtechnologien und Vorbehandlungsmaßnahmen erforscht und erprobt.

Dabei sind erste Verfahren entstanden, die eine effiziente Integration der additiv gefertigten Strukturen in Baugruppen in Mischbauweise, zum Beispiel in Kombination mit metallischen Werkstoffen wie Titan oder Edelstahl, ermöglichen.


Quellen und weitere Information: TU Dresden, Plastverarbeiter

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