Additive Fertigung von endlosfaserverstärkten Kunststoffen mit dem ARBURG Kunststoff-Freiform Verfahren
Florian Baumann
Die Entwicklung der additiven Fertigungsprozesse innerhalb der letzten Jahre hat dazu geführt, dass sie nicht mehr ausschließlich für das Rapid Prototyping geeignet sind, sondern auch für die direkte Fertigung von Endkunden-Bauteilen verwendet werden können. Im Gegensatz zu herkömmlichen Produktionsprozessen, bei denen man Material entweder urformt (z. B. Gießen), entfernt (z. B. Drehen, Fräsen) oder umformt (z. B. Schmieden), wird bei der additiven Fertigung unter Verzicht auf Formen oder Werkzeuge neues Material nur an den Stellen hinzugefügt, an denen es im Bauteil notwendig ist. Durch die additive Fertigung können daher sehr komplexe Bauteile insbesondere in geringen Stückzahlen wirtschaftlich gefertigt werden.
Additiv gefertigte Bauteile aus thermoplastischen Kunststoffen weisen jedoch deutlich geringere mechanische Eigenschaften als die gleichen herkömmlich hergestellten Bauteile auf. Das Ziel dieser Dissertation ist daher die Entwicklung, Inbetriebnahme und Parameteranalyse eines additiven Fertigungsprozesses für höherfeste und höhersteife thermoplastische Kunststoffe.
Dieses Ziel wird durch die Entwicklung eines Anlagenmoduls erreicht, welches die Implementierung von Endlosfasern während der additiven Fertigung in einem ARBURG freeformer ermöglicht. Eine Varianzanalyse verschiedener mit dem entwickelten Prozess hergestellter Probekörper ermöglicht die Ermittlung der Abhängigkeit des E-Moduls und der Zugfestigkeit von den gewählten Verarbeitungsparametern. Mit optimalen Parametern wird ein komplexes Bauteil des Formula Student Rennteams KA-RaceIng hergestellt, um die Funktionsweise des Prozesses zu demonstrieren. Weiterhin werden die erreichten mechanischen Eigenschaften mit dem Stand der Technik verglichen.
