Kapillargestütztes Continuous-Fiber 3D-Drucken (LITA): Durchbruch der University of Delaware

Ein-Schritt-3D-Druck mit Endlosfaser & Thermoset-Harz

Neue Forschung im Continuous-Fiber-3D-Druck zeigt Potenzial für additiv gefertigte Composite-Bauteile für diverse Branchen – inkl. Raumfahrt. Veröffentlicht im Fachjournal Matter, stellten Forscher des Center for Composite Materials (CCM) der University of Delaware (Newark, Delaware, USA) ein Labormaßstab-Verfahren für Continuous-Fiber-3D-Druck vor, das Robotik und ein kapillarges, in situ Wärmeanhärtungssystem für schnelle, additiv gefertigte Carbonfaser-Composite-Teile mit Hochtemperatur-Thermoset-Harzen nutzt.

„Wir nennen es One-Step 3D Printing“, sagt Dr. Kun Fu, Assistant Professor an der University of Delaware, Studienautor. Das Localized In-Plane Thermal Assisted (LITA) 3D-Druckverfahren umfasst einen All-in-One-Druckkopf auf Roboterarm mit: Carbonfaser von Spule, Führungssteg, Flüssigharzdüse, Elektroheizer. Während Faser auf Bauteiloberfläche gelegt wird, wird Flüssigharz auf Fasern gesprüht, sofort gefolgt vom Heizer, der – so Fu – sowohl Infusion als auch Aushärtung unterstützt. Erhitzung senkt Viskosität des Raumtemperatur-Harzes, hilft Eintritt in Fasern ohne Vakuum entlang Kapillaren (röhrenförmige Lücken zwischen Fasern). Heiztemperatur lässt sich je nach Bauteilbedarf/Größe anpassen zur Viskositätskontrolle.

Vorteile & Flexibilität

Methode ermöglicht nahezu simultanes Benetzen und Aushärten von Endlosfasern mit Thermoset-Harzen – Potenzial für schnelle 3D-Composite-Komponenten mit komplexen Geometrien und hohen mechanischen Eigenschaften aus Endlosfasern/Hochtemperatur-Thermosets. System demonstriert horizontales und vertikales Drucken, auf planaren oder gekrümmten Oberflächen – erhöht Flexibilität.

„Technik sehr vielversprechend, soweit wir wissen erste Veröffentlichung solcher Art“, sagt Fu. „Patentierung läuft.“

NASA-Förderung für Thermalschutz-Systeme

University of Delaware und Partner KAI (Dallas, Texas, USA) erhielten NASA-Grant für LITA-3D-Druck zur Fertigung kontinuierlicher Carbonfaser-verstärkter Composite-Komponenten für Thermalschutzsysteme an NASA-Raumfahrzeugen und Landern. Wahl fiel auf LITA wegen Fähigkeit zum Druck mit Hochtemperaturharzen.

Bisher nur im Labormaßstab demonstriert (3K Carbonfasern). Team arbeitet an Skalierung des Robotersystems für breitere Carbonfaser-Tows für größere Bauteile. Sucht Unternehmen für Kooperation bei Skalierung und Kommerzialisierung.

Artikel in Matter: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520301818