Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Herstellung leistungsstarker Kohlefaserkomponenten

Verbundwerkstoffe wie kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe sind äußerst vielseitige und effiziente Materialien, die Innovationen in verschiedenen Märkten von der Luft- und Raumfahrt bis zum Gesundheitswesen vorantreiben. Sie übertreffen herkömmliche Materialien wie Stahl, Aluminium, Holz oder Kunststoff und ermöglichen die Herstellung leistungsstarker Leichtbauprodukte.

In diesem Leitfaden lernen Sie die Grundlagen der Herstellung von Kohlefaserteilen kennen, einschließlich der verschiedenen Methoden zum Auflegen, Laminieren und Formen von Kohlefasern, und erfahren, wie Sie mithilfe des 3D-Drucks Kohlefaserformen herstellen können, um Kosten zu senken und Zeit zu sparen. Es gibt auch direkt 3D-gedruckte Verbundwerkstoffe, wie beispielsweise Formlabs Nylon 11 CF Powder, ein mit Kohlefasern gefülltes Material, das sich perfekt für Anwendungen eignet, die sowohl höchste Steifigkeit als auch Festigkeit erfordern. Beim Drucken auf dem Formlabs Fuse 1+ 30W-Drucker erzeugt Nylon 11 CF-Pulver leichte, starre Teile, die strukturell und thermisch stabil bleiben und wiederholten Stößen standhalten können.

Musterteil aus Nylon 11 CF-Pulver

Sehen und spüren Sie die Qualität von mit Kohlefaser gefülltem Nylon aus erster Hand. Wir senden Ihnen ein kostenloses Musterteil in Ihr Büro.

Fordern Sie ein kostenloses Musterteil an

Ein Verbundwerkstoff ist eine Kombination aus zwei oder mehr Bestandteilen, deren Eigenschaften sich von den einzelnen Bestandteilen selbst unterscheiden. Typischerweise werden technische Eigenschaften verbessert, wie z. B. zusätzliche Festigkeit, Effizienz oder Haltbarkeit. Verbundwerkstoffe bestehen aus Verstärkungen – Fasern oder Partikeln – die durch eine Matrix (Polymer, Metall oder Keramik) zusammengehalten werden. 

Faserverstärkte Polymere (FRP) dominieren den Markt und haben das Wachstum neuer Anwendungen in verschiedenen Branchen vorangetrieben. Unter ihnen ist Kohlefaser ein weit verbreiteter Verbundstoff, insbesondere für Flugzeuge, Rennwagen und Fahrräder, da er mehr als dreimal stärker und steifer als Aluminium, aber 40 % leichter ist. Es besteht aus verstärkter Kohlefaser, die mit einem Epoxidharz verbunden ist.

Fasern können direktional unigewebt und strategisch ausgerichtet sein, um relativ zu einem Vektor Festigkeit zu erzeugen. Kreuzgewebte Fasern können verwendet werden, um Festigkeit in mehreren Vektoren zu erzeugen, und sie sind auch für den charakteristischen gesteppten Look von Verbundwerkstoffteilen verantwortlich. Es ist üblich, dass Teile mit einer Kombination aus beidem hergestellt werden. Es stehen mehrere Arten von Fasern zur Verfügung, darunter:

Harz wird verwendet, um diese Fasern zusammenzuhalten und einen starren Verbundwerkstoff zu schaffen. Obwohl Hunderte von Harzarten verwendet werden können, sind hier die beliebtesten: 

Die Herstellung von faserverstärkten Polymeren wie Kohlefaserteilen ist ein fachmännischer und arbeitsintensiver Prozess, der sowohl in der Einzel- als auch in der Serienfertigung zum Einsatz kommt. Die Zykluszeit liegt je nach Größe und Komplexität des Teils zwischen einer und 150 Stunden. Typischerweise werden bei der FRP-Herstellung die durchgehenden geraden Fasern in der Matrix zu einzelnen Lagen verbunden, die Schicht für Schicht auf das fertige Teil laminiert werden. 

Die Verbundeigenschaften werden sowohl durch die Materialien als auch durch den Laminierprozess bestimmt:Die Art und Weise, wie die Fasern eingearbeitet werden, hat großen Einfluss auf die Leistung des Teils. Die duroplastischen Harze werden zusammen mit der Verstärkung in einem Werkzeug oder einer Form geformt und zu einem robusten Produkt ausgehärtet. Es stehen verschiedene Laminiertechniken zur Verfügung, die sich in drei Haupttypen unterscheiden lassen:

Beim Nasslaminieren wird die Faser geschnitten und in die Form gelegt. Anschließend wird Harz mit einem Pinsel, einer Rolle oder einer Spritzpistole aufgetragen. Diese Methode erfordert die meisten Fähigkeiten, um hochwertige Teile herzustellen, ist aber auch der kostengünstigste Arbeitsablauf mit den geringsten Anforderungen, um mit der Herstellung von DIY-Kohlenstofffaserteilen zu beginnen. Wenn Sie neu in der Herstellung von Kohlefaserteilen sind und noch nicht über die erforderlichen Kenntnisse verfügen, empfehlen wir Ihnen, mit der Nasslaminierung von Hand zu beginnen.

Sehen Sie sich das Video an, um zu sehen, wie der nasse Carbonfaser-Layup-Prozess funktioniert.

Bei der Prepreg-Laminierung wird das Harz in die Faser eingearbeitet. Vorimprägnierte Platten werden kalt gelagert, um die Aushärtung zu verhindern. Anschließend werden die Lagen in einem Autoklaven unter Hitze und Druck in der Form ausgehärtet. Dies ist ein präziserer und wiederholbarerer Prozess, da die Harzmenge kontrolliert wird, aber es ist auch die teuerste Technik, die normalerweise bei Hochleistungsanwendungen eingesetzt wird.

Beim RTM-Formen wird die trockene Faser in eine zweiteilige Form eingelegt. Die Form wird festgeklemmt, bevor das Harz mit hohem Druck in die Kavität gedrückt wird. Es wird normalerweise automatisiert und für die Fertigung größerer Stückzahlen verwendet.

Da sich die Qualität der Form direkt auf die Qualität des Endteils auswirkt, ist der Werkzeugbau ein entscheidender Aspekt der FRP-Herstellung. Die meisten Formen werden aus Wachs, Schaumstoff, Holz, Kunststoff oder Metall durch CNC-Bearbeitung oder Handarbeit hergestellt. Während manuelle Techniken sehr arbeitsintensiv sind, folgt die CNC-Bearbeitung immer noch einem komplexen, zeitaufwändigen Arbeitsablauf – insbesondere bei komplizierten Geometrien – und die Auslagerung ist in der Regel mit hohen Kosten und langen Vorlaufzeiten verbunden. Beide Optionen erfordern Fachkräfte und bieten wenig Flexibilität bei Designiterationen und Formanpassungen.

Die additive Fertigung bietet eine Lösung für die schnelle und kostengünstige Herstellung von Formen und Mustern für die Herstellung von Kohlefaserteilen. Der Einsatz von Polymerwerkzeugen in Fertigungsprozessen nimmt kontinuierlich zu. Der Ersatz von Metallwerkzeugen durch selbst gedruckte Kunststoffteile ist eine leistungsstarke und kostengünstige Möglichkeit, die Produktionszeit zu verkürzen und gleichzeitig die Designflexibilität zu erhöhen. Ingenieure arbeiten bereits mit 3D-gedruckten Teilen aus Polymerharz für die Herstellung von Vorrichtungen und Vorrichtungen, um Methoden wie Filamentwicklung oder automatisierte Faserplatzierung zu unterstützen. Ebenso werden in kleinen Auflagen gedruckte Formen und Matrizen beim Spritzgießen, Thermoformen oder Blechumformen eingesetzt, um Kleinserien zu liefern. 

Der interne Desktop-3D-Druck erfordert eine begrenzte Ausrüstung und reduziert die Komplexität der Arbeitsabläufe. Professionelle Desktop-Harzdrucker wie der Form 4 sind erschwinglich, einfach zu implementieren und können schnell an die Nachfrage angepasst werden. Auch die Herstellung großer Werkzeuge und Formen ist mit großformatigen 3D-Druckern wie dem Form 4L möglich.

Die 3D-Drucktechnologie Stereolithographie (SLA) erzeugt Teile mit einer sehr glatten Oberflächenbeschaffenheit, die für Karbonfaser-Layup-Formen unerlässlich ist. Es ermöglicht komplexe Geometrien mit hoher Präzision. Darüber hinaus verfügt die Formlabs-Harzbibliothek über technische Materialien mit mechanischen und thermischen Eigenschaften, die sich gut für die Herstellung von Formen und Mustern eignen.

3D-gedruckte Formen zur Herstellung von Kohlefaserteilen können die Kosten senken und die Vorlaufzeiten verkürzen.

Für die Produktion in kleinem Maßstab können Ingenieure die Form kostengünstig und innerhalb weniger Stunden direkt drucken, ohne sie von Hand schnitzen oder sich mit CNC-Geräten befassen zu müssen; CAM-Software, Maschineneinrichtung, Werkstückhalterung, Werkzeuge und Spanabfuhr. Arbeits- und Vorlaufzeiten für die Formenherstellung werden drastisch reduziert, was eine schnelle Designiteration und individuelle Teileanpassung ermöglicht. Sie können komplizierte Formformen mit feinen Details erzielen, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer herzustellen wären. 

Formenarchitektur- und Designrichtlinien

Berücksichtigen Sie beim Entwerfen Ihrer Form, was erfolgreich gedruckt und was erfolgreich geformt werden kann. Zur Erstellung unterschiedlicher Geometrietypen werden unterschiedliche Formenarchitekturen verwendet:

• Einteilige Form in Vakuumverpackung: Wird für Teile verwendet, die eine Klasse-A-Seite benötigen, also eine glänzende Oberfläche. Sie kann positiv oder negativ sein, je nachdem, welche Seite Klasse A sein soll. Eine Seite ist die Formoberfläche, die andere Seite ist die Vakuumbeuteloberfläche.
• Zweiteilige Form beim Formpressen: Wird für Teile verwendet, bei denen beide Seiten des Teils Klasse A sein müssen. Beide Seiten sind Formoberflächen.
• Blasenform im Druckgussverfahren: Wird für komplexe Geometrien verwendet, bei denen ein Vakuumbeutel oder eine Kompressionsform nicht verwendet werden kann, da sich das Teil nicht entformen lässt. Eine Seite ist die Formoberfläche, während die andere Seite die Blasenoberfläche ist.
• Formmuster zum Erstellen einer Negativform: Wird verwendet, wenn zur Steigerung der Produktion mehrere Formen gewünscht werden. Aus einem einzigen Muster können mehrere Formen hergestellt werden.

Entformungswinkel hinzufügen: Zwei bis drei Grad positiver Entformungswinkel erleichtern den Entformungsschritt und erhöhen die Lebensdauer der Form, insbesondere bei steifen Formen. Die Verwendung eines biegsamen 3D-Druckmaterials wie Tough 1500 Resin ermöglicht Ihnen jedoch die Erstellung von Teilen ohne Formschräge und mit anspruchsvollen Geometrien, die nicht aus einer steifen Form entformt werden könnten. Stellen Sie einen für Ihre Materialstärke geeigneten Mindestradius ein:Dies hilft, die Fasern an Ecken auszurichten und gleichzeitig Lufteinschlüsse zu vermeiden, und wiederholbare Qualitätsteile zu erstellen. Vermeiden Sie steile und nahe beieinander liegende Ecken, da fließende Geometrien einfacher zu bearbeiten sind als kastenförmige, kantige.

Stellen Sie einen für Ihre Materialstärke geeigneten Mindestradius ein:  Dadurch können sich die Fasern an den Ecken ausrichten und gleichzeitig Lufteinschlüsse vermeiden, sodass wiederholbare Qualitätsteile entstehen. Vermeiden Sie steile und nahe beieinander liegende Ecken, da fließende Geometrien einfacher zu bearbeiten sind als kastenförmige, kantige.

Beziehen Sie Positionierungsstifte und Einkerbungen mit ein für Formen, die eine präzise Ausrichtung erfordern. Einer der großen Vorteile des 3D-Drucks besteht darin, dass er eine komplexe Ausrichtungsgeometrie zulässt und dabei hilft, positionierungsempfindliche Designs herzustellen.

Oberflächenüberlauf einbeziehen: Überschüssiges Material von der erweiterten Oberfläche wird abgeschnitten, um eine präzise Schnittlinie zu zeichnen. Der 3D-Druck ermöglicht es Ihnen, im Überlauf zu drucken, ohne dass eine Überdeckung hergestellt werden muss.

Schnittlinien hinzufügen: Der 3D-Druck ermöglicht Ihnen die Integration präziser Bearbeitungsfunktionen wie Bohrführungen, Anreißlinien zum manuellen Trimmen oder Führungsschienen für Oberfräsen.

Weitere Best Practices:

• Drucken Sie mit der kleinstmöglichen Schichthöhe, um die Auflösung und den Entformungsschritt zu optimieren.
• Vermeiden Sie Stützen auf Formflächen für eine bessere Oberflächengüte.
• Verwenden Sie ein Trennmittel:Dies ist erforderlich, um den Entformungsprozess zu ermöglichen.
• Um Lufteinschlüsse zu vermeiden:Warten Sie nach dem Rühren und Mischen zwei Minuten, bis sich die Luft aus dem Harz gelöst hat. Nach dem Auftragen der ersten Harzschicht wiederholen. Sollten kleine Luftbläschen zurückbleiben, kann diese in der Nachbearbeitung auspoliert und versiegelt werden.

Der Formula Student ist ein jährlich stattfindender Konstruktionswettbewerb, bei dem Studententeams aus der ganzen Welt Formelautos bauen und fahren. Das Formula Student Team TU Berlin (FaSTTUBe) ist eine der größten Gruppen; Seit 2005 entwickeln jedes Jahr 80 bis 90 Studenten neue Rennwagen. 

Das Formula-Student-Team der TU Berlin (FasSTTUBe) baut drei Fahrzeuge für den jährlichen Formula-Student-Wettbewerb.

Da das FasSTTUBe-Team Zugriff auf nahezu das gesamte Spektrum an Fertigungstechnologien hat, nutzt es den 3D-Druck für drei Zwecke:

1. Prototypen: Sie drucken Prototypen für verschiedene Teile, wie zum Beispiel Halterungen des Stabilisators oder Stakeholder der HV-Batterie.
2. 3D-gedruckte Kohlefaserformen: Das Team druckte ein Dutzend Formen, um Kohlefaserteile herzustellen, die sonst nicht hätten hergestellt werden können. 
3. Endverbrauchsteile: Etwa 30 Teile der endgültigen Fahrzeuge werden direkt 3D-gedruckt:von Knopfhaltern, Schalthebeln des Lenkrads bis hin zu Schläuchen und Sensoranschlüssen der Kühlsysteme.

In dieser Fallstudie untersuchen wir die Details der Formanwendung, mit der das Lenkradgehäuse und die Griffe aus Kohlefaser gefertigt wurden.

Beim Bau von Rennwagen kommt es auf Gewichtsreduzierung an. Um die Teile leichter zu machen, hätten sie hohle Lenkradgriffe drucken können, diese wären jedoch nicht stark genug, um dem Griff des Fahrers standzuhalten. Kohlefaser ist ein großartiges Material, um das Gewicht zu senken und gleichzeitig die Festigkeit beizubehalten oder zu erhöhen. Um das Teil in diesem Jahr aus Kohlefaser herstellen zu können, entwickelte Felix Hilken, Leiter der Abteilung Aerodynamik und Carbonfertigung, einen Arbeitsablauf mit 3D-gedruckten Formen für die Nasslaminierung.

Erforderliche Ausrüstung: 

• Formlabs SLA 3D-Drucker mit Tough 1500 Resin
• Kohlefaser:drei Lagen à 200 g, 3K, 0,3 mm, Köperbindung
• Formtrennmittel:Wachs und Polyvinylalkohol
• Hochfestes Epoxidharz
• Pinsel und Schere
• Vakuumbeutel, Vakuumpumpe und Entlüftungstuch
• Schleifpapier

Der Griff wurde in zwei Hälften gefertigt, um das Teil entformen zu können. Für jede Griffhälfte entwarf Felix eine zweiteilige Form mit Merkmalen, deren Herstellung ohne 3D-Druck schwierig wäre, insbesondere:

• Feine Merkmale wie enge Innenradien, geschwungene Oberflächen oder Oberflächen mit variierenden Radien
• Runde, dichte Kanten, die nicht aus einer Aluminiumform entformt werden konnten
• Einrückungen für die Bohrposition, da das Teil empfindlich auf die Positionierung reagiert

Das Team druckte die Formen auf dem Form Series-Drucker mit Tough 1500 Resin in einer Schichthöhe von 50 Mikrometern. Die Drucke wurden zweimal 10 Minuten lang in IPA gewaschen und 60 Minuten lang bei 70 °C nachgehärtet. Tough 1500 Resin wurde ausgewählt, weil es Dehnung und Modul ausbalanciert:Teile, die aus diesem Material gedruckt werden, können sich erheblich biegen und kehren schnell in ihre ursprüngliche Form zurück. Dies ist eine gewünschte mechanische Eigenschaft, um einen Bruch der Form beim Entformen zu vermeiden.

Tragen Sie Trennmittel auf, um das Entformen zu erleichtern. Dies ist ein entscheidender erster Schritt:Wenn einige Oberflächen nicht abgedeckt sind, löst sich das Teil nicht von der Form.

1. Mit Wachs abdecken (optional, aber empfohlen)
2. Mit Polyvinylalkohol (PVA) abdecken

Mischen Sie das Harz mit dem Härter. Das Mischungsverhältnis muss genau eingehalten werden. Wenn es nur um ein paar Prozent vom Zielverhältnis abweicht, ist das Teil entweder zu weich oder nur teilweise ausgehärtet. Befolgen Sie vor der Verwendung genau die Anweisungen des Harzherstellers und lesen Sie das Sicherheitsdatenblatt. Bei dem von Felix verwendeten Harz beginnt der Polymerisationsprozess zwei Stunden nach dem Mischen des Harzes, sodass zwei Stunden für den Schichtaufbau verbleiben.

Tragen Sie Harz mit einem Pinsel auf die positive Seite der Form auf.

Legen Sie eine Kohlefaserlage auf die positive Seite der Form. Achten Sie darauf, allen Konturen zu folgen. Das Team verwendete eine 3K-Faser, um die Webstärke und den Preis in Einklang zu bringen. Es wurde speziell für die Anpassung an komplexe Konturen entwickelt und enthält keine Stützstränge.

Tragen Sie Harz auf die Carbonschicht auf und wiederholen Sie den Auflegevorgang. Das Harz verbindet die Schichten miteinander, bildet die Matrixkomponente im Teil und verhindert, dass sich die Fasern neu ausrichten. Felix verwendete drei Kohlefaserlagen.

Tragen Sie eine letzte Schicht Harz auf den negativen Teil der Form auf und drücken Sie beide Hälften der Form zusammen, um zu verhindern, dass sich Luftblasen bilden und durch die Fasern dringen.

Schneiden Sie das überschüssige Material mit einer Schere ab. 

48 Stunden im Vakuumbeutel aushärten. Während dieses Polymerisationsprozesses entzieht der Vakuumbeutel die Luft und drückt die Lagen bei Umgebungstemperatur gegen die Form, um überschüssiges Harz zu entfernen. Es stellt ein gewünschtes volumetrisches Harz-Faser-Verhältnis sicher, um der richtigen Teilesteifigkeit zu entsprechen.

Endbearbeitung:Alle Kanten abschleifen. Um die Form nach dem Vorgang zu reinigen, tauchte Felix sie etwa 30 Minuten lang in Wasser, um das PVA aufzulösen, und entfernte dann mit feinem Schleifpapier der Körnung 1500 das restliche Harz. 

Durch die Verwendung von Kohlefaser reduzierte das Team das Gewicht des Lenkradgehäuses von 120 g auf 21 g und konnte das Design auf Geometrien übertragen, die auf herkömmliche Weise nur äußerst schwierig herzustellen wären. „Das Tolle am 3D-Druck ist, dass eine komplexe Form genauso einfach herzustellen ist wie eine einfache und den gleichen Arbeitsaufwand und die gleiche Ausrüstung erfordert“, sagt Felix.

Ohne den 3D-Druck hätte das Team das CNC-Fräsen einer Aluminiumform auslagern müssen, was teuer ist, eine lange Vorlaufzeit hat und Spezialwerkzeuge erfordert. „Ich würde die Form CNC-bearbeiten, ich müsste mir Spezialwerkzeuge besorgen und warten, bis ich einen Schlitz in der Maschine bekomme. Aber ich konnte nicht einmal diese Geometrie machen. Insbesondere einige der kleinen Ecken. Ich müsste ein Design verwenden, das keine Schrauben enthält, damit das Teil nicht empfindlich auf die Positionierung reagiert.“

Seiner Schätzung nach könnte eine mit Formlabs Tough 1500 Resin gedruckte Form zur Herstellung von etwa zehn Teilen verwendet werden. Da es sich um einen manuellen Vorgang handelt, kommt es auf die Sorgfalt des Bedieners an:Beim Trennvorgang kann die Form brechen. Allerdings können mehrere 3D-gedruckte Formen verwendet werden, um die Produktion zu steigern. Eine andere Lösung zur Verlängerung der Lebensdauer der Form wäre die Unterstützung durch eine generische Metallform. Ein 3D-gedruckter Einsatz trägt die Geometrie, während eine metallische Sicherungsform dabei hilft, die Form beizubehalten. Dies könnte mit einer einfachen manuellen Fräsmaschine hergestellt werden.

DeltaWing Manufacturing fertigt Verbundteile für die Firma Panoz, einen Designer und Hersteller exklusiver, in den USA hergestellter Luxussportwagen.  Zur Herstellung von Kohlefaserkomponenten hat DeltaWing Manufacturing früher ein Muster bearbeitet, eine Form darauf gelegt oder gegossen und die Form fertiggestellt, bevor der Prepreg-Prozess zum Laminieren des Kohlefaserteils angewendet wurde.

Als Zwischenschritt in diesem Prozess haben sie in den vergangenen Jahren damit begonnen, hausintern 3D-gedruckte Teile zu verwenden. Panoz benötigte sechs Einheiten eines Kotflügel-Luftkanals aus Kohlefaser für einen maßgeschneiderten Rennwagen. Um den Arbeitsaufwand und die Vorlaufzeit im Vergleich zu ihrer herkömmlichen Formherstellungstechnik zu reduzieren, entschieden sich die Ingenieure von DeltaWing Manufacturing dafür, die Form direkt in 3D zu drucken und in ihren Prepreg-Prozess zu implementieren.

Erforderliche Ausrüstung:

• Formlabs SLA 3D-Drucker mit Hochtemperaturharz
• Kohlefaser:4K, zweidimensionales Muster
• Formtrennmittel:Polyvinylalkohol
• Kapton-Band (Polyimid)
• Hochfestes Epoxidharz
• Pinsel und Schere
• Vakuumbeutel, Vakuumpumpe

Der Kanal wurde in zwei unterschiedlichen Teilen auf zwei unterschiedlichen Formen hergestellt, um die Trennung des endgültigen Teils von der Form zu erleichtern, und anschließend zusammengeklebt. Jede Form wurde außerdem in zwei Teilen gedruckt und zusammengebaut, sodass sie in das Bauvolumen des Form-Serie-Druckers passte – dies wäre jedoch bei dem größeren Bauvolumen des Form-4L-Druckers nicht notwendig. Die Teile wurden für die additive Fertigung entwickelt und folgten den Empfehlungen zum Formendesign.

DeltaWing druckte die Formen aus Hochtemperaturharz auf einem Form Series-Drucker mit einer Schichthöhe von 100 Mikrometern. Dieses Harz wurde ausgewählt, weil es eine Wärmeformbeständigkeitstemperatur (HDT) von 238 °C bei 0,45 MPa aufweist, die höchste unter den Formlabs-Harzen und eine der höchsten unter den Harzen auf dem Markt.

High Temp Resin hält hohen Härtungstemperaturen stand, weist eine gute Steifigkeit auf, um während des Vorgangs die Form zu behalten, und ein hohes Maß an Details, die in das endgültige Teil umgesetzt werden. Formlabs empfiehlt, High Temp Resin-Drucke 10 Minuten lang mit IPA zu waschen, 120 Minuten lang bei 80 °C nachzuhärten und die Teile dann 3 Stunden lang auf 160 °C zu erhitzen, um eine höhere HDT zu erzielen.

DeltaWing Manufacturing wendete bei den gedruckten Formen das übliche Prepreg-Verfahren an und verwendete dabei eine zweidimensionale Prepreg-4K-Musterfaser. Jede Form wurde mit Kaptonband abgedeckt, um die Oberfläche bei jedem Formvorgang zu erneuern. Die Faser wurde auf die Formen gelegt, und dann wurden die Teile in einen Vakuumbeutel gelegt und in einem Autoklaven ausgehärtet, bevor sie aus der Form genommen und beschnitten wurden. Die gedruckten Formen überstanden eine langsame Aushärtung bei 38 °C (100 °F) für 10 Stunden oder alternativ eine schnelle Aushärtung bei 126 °C (260 °F) für eine Stunde ohne Schaden. In einem letzten Schritt wurden beide Hälften des Carbonkanals verklebt.

Das Team testete sechs Iterationen für eine Form, ohne eine nennenswerte Verschlechterung festzustellen. Wir schätzen, dass für eine Form etwa 10–15 Iterationen möglich sind. Da beim Aushärten im Prepreg-Prozess Autoklaven zur Anwendung von Hitze und Druck eingesetzt werden, hält die gedruckte Form nur wenigen Iterationen stand. Daher wird diese Methode nicht für die Massenproduktion empfohlen, sie ist jedoch eine hervorragende Möglichkeit, Kleinserien und massengefertigte Teile herzustellen. Dies ermöglicht eine breite Palette von Anwendungen wie Hochleistungssportgeräte, maßgeschneiderte Werkzeuge für die Luft- und Raumfahrt oder personalisierte Prothesen, die einzigartig für die Patienten im Gesundheitswesen sind. 

Es besteht eine starke Nachfrage nach Arbeitsabläufen, die die Stärke, Haltbarkeit und Robustheit herkömmlicher Kohlefaserteile mit der Agilität, den geometrischen Möglichkeiten und der Wiederholbarkeit des 3D-Drucks kombinieren. Es ist daher nicht verwunderlich, dass es viele 3D-Druckunternehmen gibt, die den 3D-Druck von Kohlefasern anbieten, wobei die beiden derzeit verfügbaren Verfahren das Drucken mit geschnittenen Fasern oder kontinuierlichen Fasern sind.

Durch die Verwendung von gehackten Kohlenstofffasern ermöglicht das Nylon 11 CF-Pulver für den industriellen 3D-Drucker Fuse 1+ 30 W mit selektivem Lasersintern (SLS) Herstellern die Herstellung starker, leichter und hitzebeständiger Teile, ohne auf herkömmliche Overlay- oder Bearbeitungsmethoden angewiesen zu sein. 

Formlabs Nylon 11 CF-Pulver ist stark, leicht und hitzebeständig und eignet sich daher ideal für Anwendungen in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in der Fertigung.

Die Herstellung faserverstärkter Polymere ist ein spannender, aber dennoch komplizierter und arbeitsintensiver Prozess. Durch die Verwendung von 3D-gedruckten Formen und Mustern zur Herstellung von Kohlefaserteilen können Unternehmen die Komplexität ihrer Arbeitsabläufe reduzieren, die Flexibilität und Designmöglichkeiten erweitern sowie Kosten und Vorlaufzeiten reduzieren. 

Für direkt 3D-gedruckte Teile, die viele der Vorteile von Kohlefaser mit den zusätzlichen Vorteilen der geometrischen Flexibilität und einem einfacheren und effizienteren Prozess bieten, gibt es Materialien wie Formlabs Nylon 11 CF Powder für die SLS-3D-Drucker der Fuse-Serie. 

Kontaktieren Sie unser Team, um Ihre Anwendung zu besprechen und den besten Ansatz für den Einsatz des 3D-Drucks für Kohlefaserteile herauszufinden.