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Additive Fertigung von endlosfaserverstärkten Kunststoffstrukturen

  • Additive Fertigung hat sich in zahlreichen industriellen Anwendungen etabliert und bildet eine wichtige Schlüsseltechnologie. Im Gegensatz zu metallischen Werkstoffen, haben additiv gefertigte Bauteile aus Kunststoffen geringere Festigkeit und Steifigkeit, sodass sich ihre Verwendung als lasttragende Strukturen schwierig gestaltet. Insbesondere der Einsatz von endlosen Verstärkungsfasern kann die mechanischen Eigenschaften additiv gefertigter Strukturen signifikant verbessern und die Fertigung hochbelastbarer Faserverbundstrukturen im 3D-Druckverfahren ermöglichen. Daher gilt es aktuell notwendige Anlagen und Prozessketten für den Fertigungsprozess aber auch Vorgehensweisen für die belastungsoptimierte Auslegung der Faserverläufe innerhalb des Bauteils zu entwickeln, um so das Themengebiet „Endlosfaserverstärkter 3D-Druck“ weiter voranzutreiben. Für mehr räumliche Freiheit bei der Positionierung der Druckbahnen können industrieroboterbasierte Systeme eingesetzt werden, um so das Potenzial gerichteter Bauweise von Faserverbundstrukturen auch im additiven Fertigungsprozess vollumfänglich ausschöpfen zu können. Dabei ermöglicht ihr Einsatz auch eine räumliche Ablage der Faserverstärkung, wobei für die Materialablage ein geeigneter 3D-Druckkopf erforderlich ist. Für die Implementierung der Faserverstärkung ist zudem eine dem Lastfall entsprechende Auslegung des Bauteils sowie die Ermittlung einer sinnvollen Faserpositionierung innerhalb des Bauteils erforderlich, wobei unterschiedliche Variablen aus den Bereichen Material, Struktur und Fertigungsprozess berücksichtigt werden müssen. Im Rahmen des Vortrages werden die Herausforderungen der Technologieentwicklung des endlosfaserverstärkten 3D-Drucks aufgegriffen sowie auf eine belastungsorientierte Faserpositionierung näher eingegangen. Aktuelle Erkenntnisse werden diskutiert sowie eine Entwurfsmethodik für die Prozesspfadgenerierung vorgeschlagen.

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Metadaten
Author:Anna Judenmann, Christian Pongratz, Ingo EhrlichORCiDGND, Philipp Höfer, Jens Holtmannspötter
Parent Title (English):Münchner Leichtbauseminar 2022, 26. October 2022, 16. November 2022, 30 November 2022, Munich/Neubiberg/Garching
Document Type:conference proceeding (presentation, abstract)
Language:German
Year of first Publication:2022
Release Date:2022/11/18
Tag:additive manufacturing; composites; continuous fiber; toolpath
Institutes:Fakultät Maschinenbau
Technologie-Campus Neustadt an der Donau
Fakultät Maschinenbau / Labor Faserverbundtechnik (LFT)
research focus:Produktion und Systeme