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Abstracts

Neue Gestaltungsfreiheiten durch 3D-gedruckte Faser-Kunststoff-Verbunde

Am Institut für Konstruktionstechnik der TU Braunschweig werden generative Fertigungsverfahren verwendet, um die Produktentwicklung durch Anschauungs-, Konzept- sowie Funktionsmodelle zu unterstützen. Insbesondere bei weit verbreiteten Rapid Technologien, die kostengünstige Kunststoffe verwenden, verhindern die relativ schlechten Materialeigenschaften allerdings oft den Einsatz der so hergestellten Modelle als Funktionsmuster. Ein etabliertes Mittel zur Verbesserung der Materialeigenschaften von Kunststoffen ist das Einbetten von Verstärkungsfasern. Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) erreichen ihre Überlegenheit gegenüber anderen Werkstoffen durch die Einstellbarkeit der Materialeigenschaften entsprechend der späteren Betriebsbedingungen. Da bei der Herstellung üblicherweise mit einem Schichtaufbau und ebenen Halbzeugen gearbeitet wird, müssen während der Konstruktion von Bauteilen aus FKV viele Kompromisse eingegangen werden. Zusätzlich lässt sich die Herstellung von Bauteilen aus FKV schwer automatisieren. Die Produktion von FKV-Bauteilen ist bei den etablierten Herstellverfahren personal- und energieintensiv, verursacht Materialverschnitt und Sonderabfälle. Vielen dieser Einschränkungen kann durch die Anwendung generativer Fertigungsverfahren auf FKV begegnet werden. Das in diesem Beitrag vorgestellte Verfahren zeigt eine Möglichkeit zur Erweiterung der Schmelzschichtung durch Einbettung von Endlosfasern. Durch Anpassung der Maschinensteuerung werden die Verstärkungsfasern während des Auftragens belastungsgerecht orientiert. Dadurch kann eine bisher nicht gekannte Gestaltungsfreiheit bei der Konstruktion mit FKV erreicht werden. Diese Freiheiten gilt es durch eine angepasste Konstruktionsmethodik auszuschöpfen.

At the Institute for Engineering Design, Additive Manufacturing (AM) is used to support product development with presentation, concept or functional models. But, in particular, the widely used rapid technologies that employ inexpensive plastics often prevent the use of 3D-printed parts as a functional model because of their relatively poor material properties. A well-established way to improve the material properties of plastics is the embedding of reinforcing fibres. Fibre reinforced plastics (FRP) reach their superiority over other materials through the adjustability of the material properties according to the future operating conditions of the product. However, during the design of components made of FRP, compromises must be made usually because of their layered structure and flat semi-finished goods. In addition, the production of components made of FRP is difficult to automate. Using established manufacturing processes, the production of FRP components is energy intensive and creates material waste and hazardous waste. Many of these limitations can be addressed through the application of additive manufacturing processes on FRP. The method proposed in this paper shows a possibility for upgrading the fused deposition process by embedding continuous fibres. By adjusting the machine control, the reinforcing fibres are oriented during the printing process. This allows an unprecedented level of freedom in the design with FRP. These new freedoms of design have to be exploited by an adapted design methodology.