Montanuniversität: Prüfverfahren für faserverstärkte Bauteile aus dem 3D-Drucker

Unter der Leitung des Lehrstuhls für Werkstoffkunde und Prüfung an der Montanuniversität und gemeinsam mit SinusPro, dem Polymer Competence Center Leoben (PCCL), dem Kompetenzzentrum Holz sowie Head Sport als Forschungspartner, werden im Rahmen eines im April gestarteten Projekts faserverstärkte Bauteilen aus dem 3D-Drucker geprüft.

Das FFG-Projekt mit dem Namen “eFAM4Ind – endless fiber reinforced additive manufacturing for industrial applications” soll Prüf- und Simulationsroutinen zur Vorhersage der Haltbarkeit und Lebensdauer von faserverstärkten Bauteilen aus dem 3D-Drucker entwickeln.

Durch den Einsatz von verstärkenden Füllstoffen wie beispielsweise Glas-, Carbon- oder Naturfasern können die Eigenschaften beim 3D-Druck verbessert werden und die Lebensdauer sowie die Zuverlässigkeit der Teile optimiert werden. Derartige Verstärkungsstoffe können und wurden auch bereits mit dem FFF-Verfahren erfolgreich verarbeitet. Das FFF-Verfahren ermöglicht dabei die Verarbeitung unterschiedlichster Fasern und Längen – von kurz bis endlos.

Neben den Herausforderungen in der Herstellung dieser Komponenten, gibt es auch diejenigen der Zuverlässigkeits- und Lebensdauer-Prüfung. Problemzone in der additiven Fertigung ist hierbei meist die Qualität der Schweißnähte zwischen den abgelegten Strängen. Die Bauteilprüfung unter realen Bedingungen wäre zwar zielführend, ist aber gleichzeitig sehr aufwendig und kostenintensiv. Daher steht diese Art der Lebensdaueranalyse im Widerspruch zur Grundidee der additiven Fertigung, nämlich die schnelle, effiziente und dadurch nachhaltige Herstellung von Produkt(-teilen). Eine effizientere Möglichkeit ist die Prüfung von Probekörpern in Kombination mit Prozessdaten und Computersimulation. Hier gibt es für etablierte Produktionsprozesse bereits Routinen, so aber leider noch nicht für den 3D-Druck.

Neue Routine soll Zuverlässigkeit erhöhen

Das Projektziel von eFAM4Ind ist es nun, Prüfungs-Routinen auf Basis von Probekörper-Tests und Finite Elemente (FEM)-Berechnungen auch im 3D-Druck-Bereich zu schaffen. Da sowohl Prozesspfad und -geschichte beim FFF-Verfahren bekannt sind, können mittels FE Modellen, die diese bekannten Rahmenbedingungen miteinbeziehen, mögliche Schwachstellen in Bauteilen berechnet und die Lebensdauer vorhergesagt werden. Die Forschungsbereiche an der Montanuniversität liegen dabei in der Prüfung der Materialien und der daraus hergestellten Filamente, der Prüfung von Prototypen sowie der Auswertung der Daten.

Der Artikel basiert auf eine Pressemeldung von Kompetenzzentrum Holz GmbH