Beitrag zur lastgerechten Strangablage im Fused Filament Fabrication Verfahren zur Herstellung von hochsteifen Bauteilen mit kurzfaserverstärkten Kunststoffen

Die additive Fertigung ermöglicht die werkzeuglose Bauteilherstellung ohne lange Vorlaufzeiten. Bei dem extrusionsbasierten Verfahren Fused Filament Fabrication (FFF) werden thermoplastische Kunststoffstränge aus einer Düse extrudiert und der Bauteilkontur entsprechend schichtweise abgelegt. Das Verfahren ist durch seine hohe Materialvielfalt und preiswerten Anlagen bekannt. Allerdings erzielt das Verfahren im Vergleich zu konventionellen Herstellungsverfahren geringe mechanische Eigenschaften, welche zudem anisotrop sind. Der Einsatz von kurzfaserverstärkten Kunststoffen im FFF-Verfahren erhöht zwar die mechanischen Eigenschaften der Bauteile, durch die Kurzfasern erhöht sich aber zusätzlich der Grad der Anisotropie. Die Fasern richten sich im Extrusionsprozess in Strangrichtung aus und erzeugen so in Strangrichtung hohe mechanische Eigenschaften, während senkrecht zur Strangrichtung nur geringe mechanische Eigenschaften erzielt werden. Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss der Fasern auf den Bauteilherstellungsprozess und auf die resultierenden mechanischen Eigenschaften zu untersuchen. Außerdem wird untersucht, inwiefern sich das Verhalten der Fasern über die Prozessparameter beeinflussen lässt, sodass möglichst hohe mechanische Eigenschaften in allen Materialrichtungen erzielt werden. Abschließend wird untersucht, wie die Kurzfasern gezielt im Prozess ausgerichtet werden können, um die Bauteilsteifigkeit eines FFF-Bauteils zu erhöhen.