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3D-Druck Von 3D-gedruckter Form zum GFK-Hohlkörper

| Redakteur: Dorothee Quitter

Für die Herstellung von komplexen Prototypen aus Faserverbundwerkstoffen wird eine Methode vorgestellt, bei der die Laminatstruktur auf einem im 3D-Druckverfahren erzeugten Kern aufgebaut wird.

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Verfahrensschritte zur Herstellung einer Motorrad-Schwinge aus GFK (v.l.n.r.): 3D-gedruckter Kern; geschlichteter Kern; feinbeschichteter Kern; laminierter, schon ausgewaschener Kern; lackierte Motorrad-Schwinge mit Metalleinsätzen.
Verfahrensschritte zur Herstellung einer Motorrad-Schwinge aus GFK (v.l.n.r.): 3D-gedruckter Kern; geschlichteter Kern; feinbeschichteter Kern; laminierter, schon ausgewaschener Kern; lackierte Motorrad-Schwinge mit Metalleinsätzen.
(Bild: Voxeljet)

Die Fertigung leichtgewichtiger Strukturen aus Verbundwerkstoff geschieht üblicherweise in mehreren Schritten. Zunächst muss ein Werkzeug hergestellt werden, das die Form des Produkts definiert. Dieses Werkzeug kann entweder die Außenfläche oder die Innenfläche des Körpers darstellen. Je nach Komplexität des Teils muss das Werkzeug unter Umständen in Abschnitten gefertigt und anschließend zusammengesetzt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die einzelnen Abschnitte des Werkzeugs zu laminieren und die Teilformen in einem späteren Produktionsschritt zu der fertigen Form zu verkleben. Grundsätzlich gibt es zwei Arten von Werkzeugen, die sich in ihrer Funktionsweise unterscheiden: die einmal verwendbare, so genannte „verlorene Form“ und das für beliebig viele Produktionszyklen verwendbare Werkzeug.

Einsatz verlorener Kerne zur Herstellung von Formkörpern

Bei der Herstellung von Formkörpern wie Rohrnetzen lässt sich der Schalungsaufwand durch den Einsatz verlorener Kerne erheblich verringern. Diese Formen werden in Leichtbauanwendungen sehr häufig eingesetzt. Für die Kerne wird in der Regel gebundener Sand oder ein anderes formbares Material verwendet, das in ähnlicher Weise wie beim Spritzgussverfahren in Form geschossen wird.

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Je nach der gewünschten Oberflächenqualität wird der Kern mit einem Gelcoat beschichtet. Nun können verschiedene Laminierungstechnologien verwendet werden. Hier gibt es zum einen das Prepreg-Verfahren, bei dem Glas- oder Karbonfasergewebe mit einem Polymer behandelt wird, das an der Fläche haftet und unter Wärmeeinwirkung zu einer hochfesten Schicht aushärtet. Bei den meisten verwendeten Materialien ist hierfür eine Temperatur von bis zu 180 °C erforderlich. Beim Kaltlaminierungsverfahren hingegen entsteht ein weniger festes Material. Eine gängige Methode bei diesem Verfahren besteht darin, ein Polyesterharz aufzustreichen oder aufzusprühen, teilweise zu härten und das Fasermaterial mit einer Rolle auf das klebrige Polymer aufzutragen. Auf diese Weise lassen sich deutlich komplexere Teile herstellen als mit der Prepreg-Technologie.

In beiden Fällen muss der Kern mithilfe eines Werkzeugs hergestellt werden, weshalb diese Technologie für die Produktion kleinerer Serien nur bedingt geeignet ist. Zum einen nimmt die Fertigung des Produkts zu viel Zeit in Anspruch und zum anderen ist die Herstellung von Prototypen auf diese Weise wirtschaftlich nicht sinnvoll. Hier kann also ein Mangel an Konsistenz im Produktentwicklungsprozess festgestellt werden.

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