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Ein Forscherteam der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hat ein rotierendes 3D-Druckverfahren entwickelt, mit dem sich Fasern in Verbundwerkstoffen gezielt einbetten lassen. Die damit hergestellten Teile verfügen über optimierte Festigkeit und eine damit verbundene höhere Schadenstoleranz.
Die Methode, welche von den Wissenschaftlern rotierender 3D-Druck genannt wird, könnte für eine ganze Reihe von Anwendungen eingesetzt werden. Aufgrund des modularen Materialsystems können viele verschiedene Kombinationen von Grund- und Füllmaterialien verwendet werden, um Objekte mit elektrischen, optischen oder thermischen Eigenschaften zu drucken.
“Die Möglichkeit die Faserausrichtung in technischen Verbundstoffen lokal bestimmen zu können war eine große Herausforderung,” sagt Professor Jennifer Lewis vom Wyss Institut am SEAS. “Wir sind nun dazu in der Lage Materialien in einer hierarchischen Art und Weise zu gestalten, ähnlich wie sie in der Natur vorkommen.”
Laut Brett Compton, Co-Author der Studie, die im Fachjournal PNAS veröffentlicht wurde, ist das Düsenkonzept für jegliche Art von Extrusionsverfahren – von FDM bis hin zu Direct Ink Writing – anwendbar. Zudem lassen sich verschiedenste Füllmaterialien, wie beispielsweise Carbon, Glasfasern, metallische und keramische Fasern oder Plättchen einsetzen.
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“Mit dem rotierender 3D-Druck lässt sich eine optimale bzw. beinahe optimale Faserausrichtung in jedem Abschnitt des gedruckten Objekts erzielen, was zu einer höheren Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitig geringerem Materialaufwand führt,” erklärt Compton. “Im Gegensatz zu Magnet- oder Elektrofelder um die Faserausrichtung zu bestimmen, steuern wir den Fluss der viskosen Tinte selbst und legen so die gewünschte Ausrichtung der Fasern fest.”
Die Ausrichtung kann lokal optimiert werden um in bestimmten, hochbelasteten Abschnitten eines Objekts eine höhere Schadenstoleranzgrenze zu erzielen. Somit können die Eigenschaften von gedruckten Teilen besser kontrolliert und weiter optimiert werden.
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