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Faserverstärkter 3D-Druck

Das Einbringen von gerichteten Fasern bei additiven Fertigungsverfahren ist erst seit kurzer Zeit möglich. Was vielleicht auf den ersten Blick als „kleine Weiterentwicklung“ der Verfahren verstanden werden könnte, eröffnet den Konstrukteuren in Wirklichkeit zahlreiche revolutionäre Möglichkeiten. Bekannt ist schon seit Langem, dass additive Fertigungsverfahren neue Formen und Konturen ermöglichen, die mit herkömmlichen Verfahren nicht denkbar waren. Die Faserverstärkung bringt nun aber eine ganz neue Dimension mit sich: Der Konstrukteur kann mittels CAD-Programm und Berechnungstools genau bestimmen, wo in seinem Werkstoff die Fasern verlaufen sollen. Damit stellt er die Eigenschaften des Werkstoffes richtungsabhängig ein. D.h. er kann z. B. Maschinenelemente auslegen, die in eine Richtung extrem steif sind und hohe Spannungen aufnehmen können, während sie sich in eine andere Richtung relativ weich verhalten. Dieser zusätzliche Freiheitsgrad ist generell bei vielen Konstruktionen interessant, vor allem aber bei Maschinenelementen im Umfeld der Antriebstechnik, wie z. B. Kupplungen oder Antriebswellen. Diese könnten dann so konstruiert werden, dass sie gleichermaßen hohe Drehmomente übertragen, dabei aber die verschiedenen Aggregate hinsichtlich der Übertragung von unerwünschten Kräften, Körperschall und Schwingungen bestmöglich entkoppeln.

Solche 3d-Drucker sind mittlerweile käuflich erhältlich. Auslegungsregeln, wie damit Konstruktionen optimiert werden können, existieren jedoch noch nicht. Typische Teile, die damit produziert werden, sind daher auch eher stark beanspruchte Gehäuseteile oder relativ leicht auszulegende Elemente zur Kraftübertragung etc. Bei diesen wird im Zweifel getestet, ob und wie lange sie halten. Dies führt aber auch dazu, dass das Potential dieser Technik noch lange nicht ausgeschöpft wird.

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Prof. Dr.-Ing. Tim Richard
Fachbereich Mechatronik und Maschinenbau
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