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Jul 29, 2023

Drei unbekannte Fakten über den Endlosfaser-3D-Druck von Fedor Antonov, CEO von Anisoprint

Mit einem Jahrzehnt Erfahrung kann man mit Sicherheit sagen, dass Anisoprint ein oder zwei Dinge weiß

Mit einem Jahrzehnt Erfahrung kann man mit Sicherheit sagen, dass Anisoprint ein oder zwei Dinge über den Endlosfaser-3D-Druck weiß. Der russische Hersteller ist auf Verbundfaser-Coextrusions-3D-Drucker spezialisiert, mit denen sich hochfeste, verstärkte Teile herstellen lassen. Darüber hinaus entwickelt und liefert das Unternehmen die faserverstärkten Werkstoffe, die die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Nischentechnologie ermöglichen.

Wir haben uns mit Anisoprint zusammengesetzt, um im Vorfeld eines Bildungs-Webinars, das der CEO des Unternehmens, Fedor Antonov, am 21. Juli halten wird, etwas mehr über das Thema zu erfahren.

Ein hohes Ballaststoffvolumen ist nicht alles

Ingenieure, die in der Verbundwerkstofffertigung arbeiten, wissen, dass ein hohes Faservolumenverhältnis eine große Bedeutung für die Teilefestigkeit hat. Die meisten professionellen und industriellen Komponenten erfordern etwa 40–60 %, wenn sie beispielsweise mit herkömmlichen automatischen Faserplatzierungsmaschinen hergestellt werden. Diese Maschinen legen Bahnen des Grundmaterials systematisch neben Faserbündeln ab und verwenden dabei eine Andruckwalze, um die Haftung herbeizuführen.

Wenn es um additiv gefertigte Verbundteile geht, wäre ein Anteil von satten 50 % großartig, aber oft ist das einfach nicht machbar. Das Problem ist: Höhere Faservolumenverhältnisse erfordern eine stärkere Verfestigung zwischen den Schichten, um die eingeschlossene Luft herauszudrücken. Das bedeutet lediglich, dass nach jeder Schicht mehr Druck ausgeübt werden muss, damit sie sich zuverlässig mit den Nachbarschichten verbindet.

Aufgrund der Winkelbeschränkungen einer Walze und der Stabilitätsbeschränkungen des zu rollenden Teils kann sich die Konsolidierung bestimmter Abschnitte eines 3D-gedruckten Teils, wie dünne Wände oder Überhänge, als schwierig erweisen. Mit diesem Druck lassen sich keine Gitterstrukturen herstellen – die optimale Form für Verbundwerkstoffe –, da sie aus dünnen Wänden bestehen. Je höher also das Faservolumen, desto mehr Gestaltungsfreiheit geht verloren – eine unglückliche Beziehung, wenn man bedenkt, dass dies einer der Hauptvorteile des 3D-Drucks sein soll.

Schnittfasern vs. Endlosfasern

Verstärkungsfasern können in zwei Hauptkategorien unterteilt werden: Schnittfasern und Endlosfasern. Sie mögen funktionell gleich klingen, haben aber sehr unterschiedliche Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften eines Teils.

Antonov erklärt: „Es herrscht große Verwirrung zwischen Kurzfasern und Endlosfasern. Beide bilden Verbundstoffe, aber nur Endlosfasern können wirklich als ‚Verstärkungen‘ angesehen werden. Geschnittene Fasern füllen einfach die Materialmatrix ohne jegliche Ausrichtung, während Endlosfasern durchgehend verlaufen.“ in die gleiche Richtung ausgerichtet sein. Da die Festigkeit des Verbundwerkstoffs entlang der Fasern liegt, sind Endlosfasern die einzige Möglichkeit, ein starkes Teil zu erhalten.

Der Unterschied ist erheblich. Betrachtet man die hauseigenen Testdaten von Anisoprint, ist ein mit gehackten Fasern gefüllter Verbundwerkstoff tendenziell etwa doppelt so stark wie ein reiner Kunststoff. Beeindruckend ist, dass ein mit Endlosfasern gefüllter Verbundwerkstoff etwa 30-mal so stark sein kann – ein sehr deutlicher Unterschied.

Nicht nur Kohlenstoff

Der Kohlefaserdruck wird oft synonym mit dem Endlosfaser-3D-Druck verwendet. Während Kohlefaser zu den bekannteren Materialien gehört, gibt es auch andere Materialien, die zur Verstärkung verwendet werden können. Ingenieure, die diese Technologie nutzen möchten, können auf Glasfasern, Aramid, Basalt und sogar Naturfasern zurückgreifen, da sie alle unterschiedliche Eigenschaften und Anwendungsfälle haben.

Aramid ist, ähnlich wie Kohlefasern, dafür bekannt, die Festigkeit eines Teils zu erhöhen, sorgt aber auch für eine hervorragende Schlag- und Schadenstoleranz – eine Eigenschaft, die Kohlefasern nicht bieten.

Basalt, eine wirtschaftliche Alternative zu Kohlenstoff, kann bevorzugt werden, wenn Kosteneffizienz im Vordergrund steht, die Festigkeit des Teils jedoch nicht ganz oben auf der Prioritätenliste steht. Mit Anisoprints Composite Carbon Fiber/CCF verstärkter Kunststoff weist typischerweise Festigkeiten von bis zu 860 MPa auf. Mit basaltbasiertem Material (CBF) verstärkter Kunststoff liegt jedoch bei 600 MPa und kostet nur zwei Drittel des Preises, sodass Sie mehr für Ihr Geld bekommen.

Leser, die mehr über die derzeit auf dem Markt erhältlichen Endlosfaser-3D-Drucktechnologien erfahren möchten, können sich hier für das Webinar nächste Woche anmelden. Der Redner, Fedor Antonov, hat einen Doktortitel in Grundlagenmechanik und verfügt über mehr als zehn Jahre akademische und industrielle Erfahrung in der Arbeit mit Verbundwerkstoffen.

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Das abgebildete Bild zeigt anisogedruckte Teile mit inneren Gitterstrukturen für optimale Festigkeit. Foto über Anisoprint.

Kubi Sertoglu hat einen Abschluss in Maschinenbau und verbindet eine Affinität zum Schreiben mit einem technischen Hintergrund, um die neuesten Nachrichten und Rezensionen zur additiven Fertigung zu liefern.