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Fakultät für Ingenieurwissenschaften

Lehrstuhl Keramische Werkstoffe – Prof. Dr.-Ing. Stefan Schafföner

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Die Zukunft drucken

11. März 2022

Additiv gefertigte kohlenstofffaserverstärkte Keramiken vereinen die Vorteile der additiven Fertigung (AM) und der keramischen Verbundwerkstoffe (CMC). CMC zeigen ein hervorragendes thermomechanisches Verhalten bis 1300 °C, Korrosionsbeständigkeit und eine hohe Härte in Kombination mit einem quasi-duktilen Bruchverhalten.

AM ermöglicht die Herstellung komplexer, endkonturnaher Bauteile sowie maßgeschneiderte Designs in Abhängigkeit von den strukturellen Belastungen für jede individuelle Anwendung. Die Faserlänge für etablierte Herstellungsverfahren, z.B. Warmpressen, liegt bei kurzen Kohlenstofffaserverstärkungen bei 3 - 12 mm. Bei der Fused Filament Fabrication (FFF)-Technologie ist die Länge der Kohlenstofffasern auf den Bereich 50 - 250 µm limitiert. Der Verstärkungseffekt ist somit durch die Faserlänge stark begrenzt.

Mit unserem neuen 3D-Drucker Fiber™ von Desktop Metal können wir kontinuierliche Kohlenstofffaserbänder drucken, indem wir vorimprägnierte Faserbänder (Breite: 3,5 mm, Mindestlänge: 25 mm) mit der µAFP-Technologie (micro automated fiber placement) Schicht für Schicht auf die Bauplattform aufbringen. Es ist der erste verkaufte Drucker dieses Modells in Deutschland und einer der wenigen in ganz Europa. Darüber hinaus ist es auch möglich, mit der standardisierten FFF-Technologie zu drucken, wobei kurze kohlenstofffaserverstärkte (50 - 250 µm) PEEK- (Polyetheretherketon) bzw. Nylon-Filamente verwendet werden. Das Potenzial des neuen Systems ist enorm, insbesondere im Hinblick auf die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften unserer final hergestellten endlosfaserverstärkten CMC.

Wir freuen uns darauf, unsere ersten Modelle und Bauteile mit diesem zukunftsweisenden 3D-Drucksystem zu entwerfen und zu fertigen. Wir bedanken uns bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), durch die dieser Drucker im Rahmen des Projektes "Entwicklung und Charakterisierung additiv gefertigter thermoplast-basierter kurz- und endlosfaserverstärker C/C-SiC Verbundkeramiken" finanziert werden konnte.

Bei Interesse an additiv gefertigten keramische Verbundwerkstoffen können Sie sich gerne an Dipl.-Ing. Wolfgang Freudenberg wenden.

Zu diesem Thema ist auch erst kürzlich der Artikel "Additive manufacturing of carbon fiber reinforced ceramic matrix composites based on fused filament fabrication" im Journal of the European Ceramic Society (https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2021.12.005) erschienen.

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