3D-gedruckte Metallstifte erhöhen die Belastbarkeit von hybriden Metall-Verbund-Strukturverbindungen

Eine Studie der RMIT University in Melbourne untersuchte, wie sich mit 3D-Druck hergestellte Metallstifte zur Verstärkung von Übergängen zwischen Metall- und Verbundwerkstoffen eignen. Dabei wurden Titanplatten mit darauf gedruckten Titanstiften von 1 mm Durchmesser verwendet. Diese raue Oberfläche wurde in Kohlefaserverbundstoffe eingebettet.

Getestet wurden die Proben sowohl mit als auch ohne zusätzliche Klebstoffschicht. Es zeigte sich, dass die Stifte die Bruchzähigkeit der Übergänge enorm erhöhen – in einer Belastungsart um das 19-fache, in einer anderen um das 11-fache. Sie können die Lasten sehr effektiv übertragen und Rissausbreitungen entgegenwirken.

Bisher wurde dieser Effekt nur für eine Belastungsart untersucht. Die aktuelle Studie liefert nun einen umfassenderen Einblick, da auch das Verhalten unter Schubbelastung analysiert wurde. Dabei wurde deutlich, dass bei bestimmten Belastungsfällen sogar ganz auf den Kleber verzichtet werden kann.

Die Forscher sehen großes Potenzial, um mit maßgeschneiderten Stiftstrukturen aus dem 3D-Drucker Verbundwerkstoffverbindungen zu optimieren. Weitere Arbeiten müssen aber noch die Wirtschaftlichkeit und Prozesssicherheit für den Praxiseinsatz verbessern. Denkbar wären solche Innovationen etwa im Leichtbau für Luft- und Raumfahrt.

Die vorgestellte Methode ermöglicht es, die Materialien und Fertigungsprozesse gezielt aufeinander abzustimmen. Damit könnten in Zukunft völlig neuartige Verbindungslösungen realisiert werden.

Die wissenschaftliche Arbeit “Superior interfacial toughening of hybrid metal-composite structural joints using 3D printed pins” wurde in “Composites Part A: Applied Science and Manufacturing” publiziert. Autoren des Papers sind: Tiana Bagnato, Anil R. Ravindran, Azadeh Mirabedini, Raj_B. Ladani, Everson Kandare, Adrian C. Orifici, Paul Chang, John Wang, Adrian P. Mouritz.