FDM-3D-Druck mit Endlos-Naturfasern 3D-Druckverfahren für biobasierte Faserverbundbauteile entwickelt

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Biobasierte Faserverbundwerkstoffe sind nachhaltig und besitzen vergleichbare Eigenschaften wie gängige Glasfaserverbundwerkstoffe. Naturfasern sind jedoch empfindlich gegenüber höheren Temperaturen. Ein neues 3D-Druckverfahren ermöglicht nun die additive Fertigung von Bauteilen aus Cellulose-Endlosfasern bei Raumtemperatur.

Das neue energie- und materialsparende 3D-Druckverfahren wurde vom Deutschen Institut für Textil- und Faserforschung (DITF) und Arburg entwickelt. Für die endlos cellulosefaserverstärkten Bauteile sind speziell ummantelte Fasern und ein spezieller Druckkopf nötig.
Das neue energie- und materialsparende 3D-Druckverfahren wurde vom Deutschen Institut für Textil- und Faserforschung (DITF) und Arburg entwickelt. Für die endlos cellulosefaserverstärkten Bauteile sind speziell ummantelte Fasern und ein spezieller Druckkopf nötig.
(Bild: DITF)

Bei Faserbundwerkstoffen, die in der Natur vorkommen, sind zum Beispiel mikroskopisch kleine Fasern aus Collagen oder Cellulose in eine formgebende Matrix aus Lignin, Hemicellulose oder Collagen eingebettet. Die Faserstränge verlaufen dabei belastungsgerecht. Ähnlich der Natur ermöglichen 3D-Druckverfahren mit Endlosfaserverstärkung ebenfalls eine topologieoptimierte Ablage des Fasserstrangs. Allerdings sind Naturfasern empfindlich gegenüber höheren Temperaturen. Sie können deshalb nicht im klassischen FDM-3D-Druckprozess verarbeitet werden. Das DITF und Arburg haben nun im Forschungsprojekt „CellLoes-3D-Druck“ ein energie- und materialsparendes 3D-Druckverfahren für diese leichten biobasierten Faserverbundwerkstoffe entwickelt.

Endlos-Cellulosefaserstrang (rechts), pultrudiert mit cellulosebasiertem Bindemittel (links)
Endlos-Cellulosefaserstrang (rechts), pultrudiert mit cellulosebasiertem Bindemittel (links)
(Bild: DITF)

Wie das DITF mitteilt, können jetzt in einem Arbeitsgang ein Faserverbundwerkstoff aus Cellulose-Endlosfasern mit cellulosebasierter Matrix sowie das belastungsgerechte Bauteil additiv bei Umgebungstemperatur hergestellt werden. Der Cellulosefaserstrang werde dabei zunächst mit einem Binder für die Verarbeitung im Drucker stabilisiert. Ein speziell gestalteter Druckkopf wandle den Binder in eine Matrix um, mit der die Cellulose-Endlosfasern umhüllt werden. Da die Cellulose-Fasern und die Matrix eine ähnliche chemische Struktur haben, ist das Bauteil sehr stabil, heißt es. Mechanische Eigenschaften wie die Bruchfestigkeit sollen ausgesprochen gut sein.

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