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Die Herstellung von leichten, robusten und umweltfreundlichen Produkten steht vermehrt im Fokus der 3D-Druck-Industrie. Wissenschaftler haben einen neuen Ansatz entwickelt, der die additive Fertigung mit nachhaltigen Materialien und kontinuierlicher Faserverstärkung kombiniert. Durch den Einsatz von 4D-Druck und formgedächtnisfähigen Polymerverbundwerkstoffen können wiederverwendbare und langlebige Objekte hergestellt werden.
Die Forschungsgruppe verwendete einen modifizierten FFF-3D-Drucker, der kontinuierliche Kohlenstoff-, Aramid- und Glasfasern in eine Polylactid-Matrix integriert. Die Verwendung von Endlosfasern erhöht die mechanischen Eigenschaften erheblich, wie die Zug- und Biegeversuche zeigten. Bei den Verbundwerkstoffen stiegen die Festigkeit im Vergleich zu reinem PLA um bis zu 1027,5 % im Zugversuch und 497,3 % in der Dreipunktbiegung.
Neben der gesteigerten Festigkeit weisen die faserverstärkten Formgedächtnispolymere eine hohe Rückstellfähigkeit auf. Durch Wärmeeinwirkung kehren sie nach einer Verformung weitgehend zu ihrer Ausgangsform zurück. Die Recovery-Rate liegt bei bis zu 96 % für den Glasfaser-PLA-Verbundwerkstoff. Diese Eigenschaft ermöglicht eine mehrfache Wiederverwendung der gedruckten Objekte und reduziert somit den Materialverbrauch.
In der Studie demonstrierten die Wissenschaftler diverse Anwendungen wie Haken, Verriegelungen und Fingerschienen aus 4D-gedruckten Verbundwerkstoffen. Ein gedruckter Haken mit nur 0,36 g Gewicht konnte Lasten von bis zu 500 g tragen. Auch die Herstellung von zellularen Meta-Verbundstrukturen mit hoher Energieabsorption wurde untersucht.
Die Arbeit mit dem Titel “4D printing and programming of continuous fibre-reinforced shape memory polymer composites” wurde im European Polymer Journal gelesen werden. Die Online-Version finden Sie hier. Die Autoren sind Mohammadreza Lalegani Dezaki und Mahdi Bodaghi.
