3D-gedrucktes Carbon: Eine überlegene Alternative zu Aluminium bei globalen Engpässen

Aluminiumknappheit treibt Nachfrage nach neuen Materialien

Seit Anfang 2021 sind Aluminiumpreise um über 50 % gestiegen. Marktanalysten prognostizieren, dass dieser Trend mindestens die nächsten zwei Jahre anhält und in vielen Branchen Versorgungsengpässe schafft.

Laut Jyske Bank resultiert der globale Mangel aus drei Haupttreibern: konjunkturgestütztem Konsum, rasantem Wachstum nachhaltiger Technologien, die auf Aluminium setzen (z. B. Windkraftanlagen, E-Fahrzeuge), und Chinas erweiterter Produktion und Inlandsverbrauch.

Warum 3D-gedrucktes Carbon der logische Ersatz ist

Markforgeds Carbon-Technologie bietet eine überzeugende Alternative für Komponenten, die traditionell aus Aluminium gefräst werden. Carbon weist das höchste Festigkeits-Gewichts-Verhältnis unter unseren Verstärkungsfasern auf – sechsmal stärker und achtzehnmal steifer als Onyx, unser Kurzfaser-Verbund.

Kombiniert mit einer Composite Base wie Onyx kann kontinuierliche Faserverstärkung Teile produzieren, die die Performance von 6061-T6 Aluminium erreichen. Das Material ist extrem steif, stark und kann automatisch in komplexen Geometrien gedruckt werden, was optimierte, leichte Designs ermöglicht.

Was ist Carbon?

Carbonfasern bestehen aus dicht gepackten Kohlenstoffatomen, die kristalline Stränge von 5–10 Mikrometern Durchmesser bilden. In der Produktion werden Tausende dieser Stränge zu Tows gebündelt und mit thermoplastischen oder duroplastischen Matrizen zu Engineering-Composites integriert.

Wesentliche Vorteile:

• Hohe Steifigkeit und Zugfestigkeit vergleichbar mit Aluminium
• Deutlich geringere Dichte als Stahl und Aluminium
• Exzellente Hitze- und Chemikalienbeständigkeit

Carbon als tragfähiger Aluminiumersatz

Continuous Fiber Reinforcement (CFR) ermöglicht es Carbon, Aluminiums Festigkeit zu erreichen, während es überlegene Steifigkeit, Schlagfestigkeit, Hitzetoleranz und Haltbarkeit hinzufügt.

CFR bietet Designern Flexibilität: Sie können Menge und Platzierung der Faser innerhalb eines Teils spezifizieren und die Verstärkung präzise auf Lastpfade abstimmen.

Carbon-Eigenschaften vs. Aluminium

Verglichen mit 6061-T6 Aluminium bietet 3D-gedrucktes Carbon ein 50 % höheres Festigkeits-Gewichts-Verhältnis in Biegung und 300 % Steigerung in Zugleistung. Es erreicht auch eine Biegefestigkeit von 540 MPa, übertrifft Aluminiums <480 MPa.

Details in unserem umfassenden Festigkeits-Datenblatt.

Wie 3D-Druck mit Carbon funktioniert

Markforged-Drucker bauen zunächst Außenhülle und Infill mit Onyx – einem Thermoplast, der mit Kurzfaser-Carbon angereichert ist – via Fused Filament Fabrication (FFF). Eine zweite Düse legt dann Langfaser-CFR selektiv in Perimetern, Schlüsselbereichen oder ganzen Layern basierend auf Lastanforderungen ein.

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Ressourcen

• Einführender Leitfaden: 3D-Druck mit Carbon
• Carbon-Festigkeitsmessungen (ASTM)