Home Forschung & Bildung U.S. Army entwickelt hochstabiles Multi-Polymer-Filament zur Verwendung mit kostengünstigen 3D-Druckern

U.S. Army entwickelt hochstabiles Multi-Polymer-Filament zur Verwendung mit kostengünstigen 3D-Druckern

Neue Forschungsergebnisse der U.S. Army haben ein neues Multi-Polymer-Filament hervorgebracht, das für den Einsatz mit kostengünstigen FFF-3D-Druckern konzipiert ist. Das hochfeste Filament soll im Gefechtsfeld helfen, einsatzkritische Teile rechtzeitig und zu einem Bruchteil der Kosten herkömmlicher Teile herzustellen. Die Studie wurde in der April-Ausgabe von Advanced Engineering Materials vorgestellt.

FFF ist aufgrund der niedrigen Einstiegshürde und der relativ niedrigen Kosten die heute am häufigsten eingesetzte 3D-Drucktechnologie. Teile, die unter Verwendung von FFF hergestellt werden, neigen jedoch zu mangelnder mechanischer Festigkeit, sodass von ihrem Gebrauch bei Außeneinsätzen mit starker Belastung generell abgeraten wird. Die Forschung der U.S. Army zielte daher darauf ab, die Grenzen des leicht verfügbaren Filaments zu überwinden und stattdessen etwas zu schaffen, das viel robuster ist.

Die Forscher kombinierten ABS und Polycarbonat (PC), um ihr neuartiges Filament zu entwickeln. Mit Hilfe eines 3D-Druckers wurde eine Festkörpervorform hergestellt, die aus einer ABS-Hülle mit niedrigerer Temperatur und einem sternförmigen PC-Kern mit höherer Temperatur bestand. Ein thermischer Ziehturm wurde dann verwendet, um den festen Vorformling durch Durchmesser- und Spannungssensoren zu führen und ihn wieder in ein Filament umzuwandeln. Dieses neu gezogene Filament wurde als Ausgangsmaterial wiederverwertet, aber diesmal war es eine Mischung aus ABS und PC, die ihm überlegene mechanische Eigenschaften verleiht. Um den Prozess abzuschließen, wurden aus dem neuen Filament 3D-gedruckte Teile 24-48 Stunden lang in einem Ofen gehärtet, um die Schichten vollständig miteinander zu verschmelzen und zusätzliche strukturelle Festigkeit zu erreichen.

Die 3D-gedruckten Teile verließen die Wärmekammer mit vergleichbaren Verformungseigenschaften wie spritzgegossene ABS-Teile und mit Bruchzähigkeitswerten, die um 1500% (15x) höher sind als bei identischen ABS-Geometrien. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass die PC-Einspritzung dazu beitrug, dem wärme induzierten Fließverhalten zu widerstehen und die genauen Teileabmessungen während des Härtungsprozesses beizubehalten. Das Team hofft, die Härtezeit in Zukunft auf vier Stunden oder weniger reduzieren zu können.

Weitere Details zur Studie können in der Facharbeit “Tough, Additively Manufactured Structures Fabricated with Dual‐Thermoplastic Filaments” gefunden werden, die von Kevin Hart, Ryan Dunn und Eric Wetzel geschrieben wurde.

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