Additive Fertigung 07. Mrz 2024 Von Stefan Asche Lesezeit: ca. 2 Minuten

Isotrope CFK-Bauteile aus dem 3D-Drucker

Das japanische Unternehmen Toray Engineering hat auf der Verbundwerkstoff-Messe „JEC World 2024“ in Paris einen 3D-Drucker für faserverstärkte Bauteile vorgestellt. Die Maschine verwendet die innovative „Core-Shell-Methode“.

In die zuvor im Harzbad erzeugte Schale wird ein fasergefüllter Duroplast injiziert.
Foto: Toray Engineering

Objekte, die mit 3D-Druckern hergestellt werden, weisen meist eine Anisotropie in Bezug auf Festigkeit und Steifigkeit auf. Der Grund dafür ist, dass die Maschinen das Druckmaterial fast immer horizontal aufschichten. Leidtragend ist die mechanische Stabilität in der Z-Achse.

So funktioniert die „Core-Shell-Methode“

Abhilfe schaffen will die Toray Engineering Co., Ltd aus Tokio. Die Japaner haben die „Core Shell CF Composite Material 3D Molding Machine“ entwickelt. Sie arbeitet auf Basis der „Kernschalenmethode“.

Das funktioniert so: Ein lichthärtender 3D-Drucker erstellt schrittweise eine Schale, die als Form dient. Diese Form wird fortlaufend mit einem fasergefüllten Duroplast ausgegossen. Ist das Bauteil fertig, wird das flüssige Verbundmaterial auf einmal ausgehärtet, thermisch. So gelingt es nach Angaben der Japaner, Formteile ohne Anisotropie herzustellen. Zumindest das Verbundmaterial weise keine vertikale Schichtstruktur auf. Aktuell würden „gemahlene Carbonfasern“ verarbeitet.

Ein Video zeigt, wie das Verfahren funktioniert – in der Theorie. Dabei bleibt allerdings offen, wie sich das flüssige Resin (Harz) in der Druckschale vom injizierten, fasergefüllten Verbundmaterial trennt. Es wirkt, als würde das injizierte Duroplast das flüssige Harz aus der ausgehärteten Schale verdrängen. Die Prozesssteuerung dürfte entsprechend komplex sein. Deshalb haben die Japaner auch gleich eine eigene Software für den Prozess entwickelt.

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Bei diesem komplexen Bauteil, das im „Core-Shell-Verfahren“ hergestellt wurde, ist die zuvor per Stereolithografie erzeugte Hülle nicht mehr vorhanden. Foto: Toray Engineering

Unklar bleibt dem Betrachter aber auch, was mit der gedruckten Schale im Ofen passiert. Angeblich kann sie entfernt werden. Sie könne aber auch erhalten bleiben. Das ist erstaunlich. Denn die üblichen Photopolymere sind nicht besonders temperaturstabil. Immerhin: Für alle Zweifler bieten die Japaner kostenlose Probedrucke an (s. Video).

Ein Bauteil, das mit der „Core-Shell-Methode“ hergestellt wurde. Die Schale wurde hier nicht entfernt. Foto: Toray Engineering

Anwendungsgebiet: Prototypenbau

Mögliche Anwendungen seien zum Beispiel verschiedene Prototypenteile, Vorrichtungen, leichte und hochfeste Strukturen und medizintechnische Produkte.

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Toray Engineering wurde 1960 gegründet und entwickelt u. a. Produktionsanlagen und Fabrikautomationsausrüstung für die Produktion von Halbleitern, Folien und Displaymaterialien.

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