3D-Druck mit Faserverstärkung

Bauteile aus dem 3D-Drucker sind hochflexibel in Form und Funktion. Dabei gilt: je dünner, desto flexibler. Bisher aber auch: desto instabiler. In gedruckten Bauteilen der Zukunft sollen deshalb Hochleistungsfasern aus Carbon oder Aramid für Stabilität sorgen.

Was mit einer geschickten Kombination von 3D-Druck und Hochleistungsfasern heute machbar ist, wird am 28. und 29. März 2017 beim Deutschen Fachkolloquium Textil in Aachen unter dem Motto "Smart Production – Tailored Surfaces" vorgestellt. Im Sinne eines Transfergedankens suchen der Veranstalter und die Referenten hier gezielt den Austausch mit der Fertigungsindustrie.

"Das Drucken von Faserkunststoffverbund steht zwar erst am Anfang, eröffnet aber interessante multimateriale Perspektiven", sagt Peter Sander, Leiter Emerging Technologies amp; Concepts bei Airbus Deutschland. Er wird auf der Tagung in Aachen über Fertigungspotenziale des 3D-Drucks im zivilen Flugzeugbau sprechen. Laut Sander, der für den Flugzeugbauer neue Fertigungstechnologien und -konzepte entwickelt, stecken im A350 inzwischen über 500 thermoplastische Serienbauteile aus dem 3D-Drucker. "In solchen Bauteilen könnten künftig auch Kurzfasern aus Carbon für einen Zuwachs an Festigkeit und Stabilität sorgen", so Sander. Aktuell stehe die technische Umsetzbarkeit im Forschungsfokus, erste Hersteller arbeiteten aber bereits an Kurzfaserbeimischungen für Faserverbundkunststoff-Halterungen im Flieger.

Solche Erfahrungen der Industrie, oft Ergebnis eigener Entwicklungen im Dialog mit Wissenschaftseinrichtungen, will das "Aachen-Dresden-Denkendorf Deutsche Fachkolloquium Textil" mit Blick auf Experten aus den Bereichen Maschinenbau, Verfahrenstechnik und Composites sowie Material, Veredelung und Funktionalisierung auf die nationale Ebene heben. Prof. Martin Möller vom gastgebenden DWI – Leibniz-Institut für Interaktive Materialien in Aachen betont die in den letzten Jahrzehnten gestiegene Themenvielfalt bei technischen Textilien: "Der daran interessierte Personenkreis ist längst über seine klassischen Grenzen hinausgewachsen."

Weil sich Steifigkeit und Festigkeit additiv gefertigter thermoplastischer, keramischer oder metallischer Bauteile mit Fasern massiv erhöhen lassen, eröffnen sich auch in Architektur, Bekleidung und Medizin neue Multimaterial-Perspektiven. Medizinische Prothesen zum Beispiel könnten in absehbarer Zeit von einem neuartigen Herstellungsverfahren profitieren, das 3D-Druck-Flexibilität und Faserverbund-Stabilität vereinen soll. "Indem wir die Stärken der additiven Fertigung mit jenen von Fasern vereinen, können wir robuste und zugleich anpassungsfähige Bauteile herstellen", sagt Malena Schulz, die das Lightflex genannte Projekt am Aachener Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) leitet.

Auch 4D-Textilien werden auf dem Fachkolloquium eine Rolle spielen. Bei ihnen gesellt sich zu Länge, Breite und Höhe eines Bauteils als vierte Dimension die Zeit. Im Mittelpunkt steht dabei die Frage: Wie lassen sich Materialien so "programmieren", dass sie sich über die Zeit verändern und ihrer Umgebung anpassen? Der Leiter des Instituts für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen, Prof. Thomas Gries, wird über die Möglichkeiten faserbasierter 4D-Materialien sprechen. Erst kürzlich gelang es ITA-Forschern, ein textiles 4D-Strukturbauteil für ein Cabrio-Dach zu entwickeln. In Zukunft soll diese Technologie selbst öffnende Gefäßstützen ebenso ermöglichen wie autark agierende Stadiondächer und Fußballschuhe, die bei Ballberührung ihre Oberfläche entsprechend verändern.

gk