19. Oktober 2018

Intelligent und vielfältig: additiv gefertigte Multi-Materialien

Wissenschaftler am Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden entwickelten ein 3D-Druck-Verfahren, das thermoplastische Kunststoffe mit kontinuierlichen Verstärkungsfasern kombiniert. Außerdem können im Verfahren materialinhärente Funktionen integriert werden. Im Vergleich zu den bereits existierenden 3D-Drucktechniken für hochbelastete Kunststoffbauteile erzielt das am ILK weiterentwickelte Verfahren eine deutliche Verbesserung in den strukturellen Eigenschaften der Materialien.

So können die Wissenschaftler durch gezielte Endlosfaserverstärkung, z. B. mit Kohlenstofffasern, die strukturellen Eigenschaften der 3D-gedruckten Kunststoffbauteile um ein Vielfaches erhöhen. Gleichzeitig lässt sich durch die thermischen und elektrischen Eigenschaften der Kohlenstofffasern das 3D-gedruckte Bauteil zielgerichtet beeinflussen, etwa um adaptive Steifigkeiten innerhalb einer intelligenten Struktur einzustellen. Mit solchen additiv gefertigten intelligenten Multi-Materialien können unter anderem Compliant-Strukturen in Faltdächern oder Sonnensegel für die Raumfahrt optimiert werden.

Weiterhin lassen sich die Multi-Materialien gezielt aufheizen, was zum Beispiel die integrierte Enteisung von Tragflächen oder die Temperierung von Bioreaktoren ermöglicht. Dafür wird die elektrische Leitfähigkeit der Kohlenstofffaser im 3D-gedruckten Bauteil zur direkten Erwärmung durch Joulesche Wärme genutzt. Dadurch kommt es zum Temperaturanstieg sowohl in der Kohlenstofffaser als auch im umgebenden Kunststoff. Setzt man dabei etwa spezielle thermochrome Kunststoffe ein, die bei einer Temperaturänderung ihre Farbe wechseln, kann man direkt am Multi-Material-Bauteil die Überhitzung dieses 3D-gedruckten Bauteils ablesen.

Erfahren Sie mehr auf der ILK-Website zu den Möglichkeiten von intelligenten 3D-gedruckten Multi-Material-Verbünden und welche Pläne die ILK-Wissenschaftler in naher Zukunft auf diesem Gebiet umtreiben.

 

Foto ©TU Dresden, ILK: Der Multi-Material-Leichtbaudemonstrator nutzt die elektrische Leitfähigkeit der Kohlenstofffaser zur direkten Erwärmung durch Joulesche Wärme.

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