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Forschung aus Kärnten - FH3D-Drucken wird härter denn je

Luft-, Raumfahrt- und Autoindustrie verlangen nach hoch spezialisierten und extrem haltbaren Bauteilen. Dafür werden neue 3D-Druckverfahren entwickelt – auch am FH-Campus Villach.

Plastik ist passé, die Hochtechnologie verlangt nach hochbeständigen Faserverbundwerkstoffen
Plastik ist passé, die Hochtechnologie verlangt nach hochbeständigen Faserverbundwerkstoffen © murlakatam - stock.adobe.com
 

Die Phase des Bastelns ist definitiv vorbei: Weil in der Anfangszeit des 3D-Drucks hauptsächlich mit Kunststoffen gearbeitet wurde, die zwar vielfältige Formen und Gegenstände ermöglichten, aber wenig Stabilität boten, war die neue Technik für die Industrie vorerst nicht besonders interessant. Zu fragil waren die Bauteile, die auf Vorlage eines computergenerierten dreidimensionalen Modells gefertigt wurden.

Mittlerweile hat sich aber einiges in der Entwicklung des 3D-Drucks getan, sodass sich nun auch Autoindustrie oder Flugzeugbranche für etwas begeistern können, was lange Zeit eher die Domäne von Hobbykonstrukteuren und Bastlern war. Inzwischen ist es möglich, Objekte in beliebiger Form mit hochfesten Verbundmaterialien zu drucken: also mit Kunststoffen, in denen Faserverstärkungen eingearbeitet sind. „Im Vergleich zu einem reinen Polymer erzielt man so eine zehn- bis 20-fach bessere Festigkeit“, sagt Hannes Oberlercher.

Der Maschinenbauingenieur und Leichtbauspezialist ist Teil eines Forschungsteams an der FH Kärnten, das sich mit der Entwicklung von Hochleistungsfaserverbundwerkstoffen im 3D-Druckverfahren beschäftigt. Das grenzüberschreitende Forschungsprojekt verfügt über fünf Teilnehmer.

Infos zum Projekt

MMO-3D lautet der Titel des Projekts, das von der EU im Rahmen von Interreg SiAt gefördert wird. Mit dabei sind die FH Kärnten und die Universität Ljubljana sowie das Wood Competence Center und die slowenischen Unternehmen Oprema Ravne und Roboteh. Geplant ist, ein neues Unternehmen für 3D-Druck zu gründen. Infos auf blog.fh-kaernten.at/mmo-3d

Das besondere an dem Projekt ist, dass mit einem sechsachsigen Roboterarm gearbeitet wird. Das ermöglicht die Herstellung von komplexen geometrischen Objekten, die mit Carbon-, Glas- oder Naturfasern verstärkt sind. Herkömmliche 3D-Drucker stoßen hier an ihre Grenzen: Weil sie aufgebaut sind wie die altbekannten Tintenstrahldrucker für Papier, zeigt ihre Düse immer in dieselbe Richtung – nach unten. So lassen sich die Fasern aber nur unzureichend in das Objekt einbringen, denn für die Festigkeit macht es einen Unterschied, aus welcher Richtung die Faser im Druckvorgang eingebettet wird. „Wir haben daher einen 3D-Druckkopf entwickelt und zusammengebaut, der in der Lage ist, selbstständig die Faser in Kraftrichtung abzulegen. So können wir auch Umwicklungen eines Bauteils machen, was dazu führt, dass er größeren Belastungen standhalten kann“, sagt Oberlercher.

Die Herausforderung dabei bestand in der Programmierung des Roboterarms, der in Laibach entwickelt wurde, aber von Villach aus gesteuert wird. Die Mühe soll sich aber lohnen: Nicht nur können solche Bauteile etwa in der Herstellung von Prothesen den Komfort erhöhen und die Kosten senken, auch senkt dieser Prozess den Materialeinsatz und steigert die mechanischen Eigenschaften: „Viele Fertigungsprozesse verursachen große Mengen an Abfallmaterial. Unsere Verbundfaserstoffe hingegen können wieder geschmolzen, recycelt oder sogar repariert werden“, sagt Oberlercher. Nach den ersten erfolgreichen Testversuchen haben sich um 50 Prozent bessere Werkstoffeigenschaften gezeigt.

KK/FH Kärnten Der Roboterarm steht an der Universität Ljubljana
Der Roboterarm steht an der Universität Ljubljana © KK/FH Kärnten

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