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Additive Fusion Technology für strukturelle CFK Bauteile

Die konventionelle Herstellung von CFK-Bauteilen ist sehr teuer. Das Schweizer Start-up 9T Labs hat darum eine neue Methode entwickelt, mit der Verbundteile in hohen Stückzahlen Mittels 3D-Druck und einer Nachkonsolidierung hergestellt werden können.

CFK-Bauteile sind in unterschiedlichen Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Robotik, Transport und Sport unverzichtbar geworden, um durch Gewichtsreduzierung nachhaltige Ziele zu erreichen. Die konventionelle Herstellung von Verbundwerkstoffen ist meistens nicht kosteneffektiv, da der Materialpreis, das Buy-to-Waste-Verhältnis, die Verarbeitungszeit und der manuelle Aufwand im Vergleich zu klassischen Materialien und Herstellungsverfahren höher sind.

3D-Druck mit hohem Faservolumen

Das Schweizer Start-up 9T Labs ermöglicht digitale Serienfertigung von strukturellen CFK Bauteilen. Durch neuartige Fertigungsverfahren profitieren ihre Kunden, sowohl von einem Kostenvorteil wie auch von optimalem Bauteilverhalten. Dabei werden Hochleistungspolymere wie PA12 und PEKK mit Carbonfasern in Industriequalität kombiniert, um ein hohes Faservolumen von bis zu 60% zu erreichen. Dies ist nötig um lasttragende strukturelle Anwendungen zu erschliessen. Durch die digitale Modellierung des Prozesses kann ein hoch optimiertes Verbundbauteil hergestellt werden. Numerische Methoden von der Konstruktion bis zur Verarbeitung ermöglichen eine Gewichtsreduzierung von über 40% im Vergleich zur klassischen Metallkonstruktion.

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Grafik 1: Der Produktionsprozess von 9T Labs vom Design über den Druck zur Nachkonsolidierung.

Ein Nachteil von Bauteilen, die durch Fused Filament Fabrication (FFF) gefertigt werden, ist die Haftung zwischen den Filamenten und die resultierende mechanische Leistung quer zur Druckrichtung. Durch einen proprietären zweiten Prozessschritt, die Nachkonsolidierung (Additive Fusion TechnologyTM), kann eine hohe mechanische Leistung erreicht werden. Dieser zweite Prozessschritt ermöglicht es ganz neue Anwendungen zu erschliessen, welche weit über die der Prototypenfertigung hinausgehen. In einem gemeinsamen Forschungsprojekt wurden Testmethoden entwickelt, um die Haftung und die mechanische Leistung zu testen. Einen modifizierten Arcan-Test wurde entwickelt, um die interlaminare Normal- und Scherfestigkeit für 3D-gedruckte Teile in Bezug auf verschiedene Prozessbedingungen zu charakterisieren. Das Institut für Kunststofftechnik FHNW arbeitet im Rahmen eines von Innosuisse unterstützten Programms zusammen mit 9T Labs zur Entwicklung der neuen Produkte

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