3D-Druck mit faserverstärkten Kunststoffen

Kunststoffträger aus PEEK | Verfahren FFF

Faserverstärkter 3D-Druck für hochfeste Bauteile

Technische 3d gedruckte Produkte für den industriellen Einsatz erfordern besondere mechanische Eigenschaften und hohe Genauigkeiten. Mit faserverstärkten Werkstoffen ermöglicht der 3D-Druck noch größere Einsatzmöglichkeiten. Die eingesetzten Polymere werden mit Kohlefasern oder Glasfasern gefüllt und es verbessert sich dadurch die Festigkeit, die Dimensionsstabilität und die Oberflächenbeschaffenheit. Zusätzlich zu den mechanischen Eigenschaften erhöht sich auch die Temperaturbeständigkeit.

Kohlefaser 3D Druck und glasfaserverstärkter 3D-Druck finden vor allem Verwendung, wenn die gedruckten Bauteile direkt zum Einsatz kommen und thermisch und mechanisch belastet werden. Beispiele für den Einsatz der faserverstärkten Kunststoffe finden sich in vielen Industrien, wie zum Beispiel dem Formenbau, dem Werkzeugbau und dem Vorrichtungsbau oder Sondermaschinebau.

Was sind faserverstärkte Kunststoffe?

Polymere werden mit einem gewissen Prozentsatz meist zwischen 10 und 30 % mit Kohlefasern oder Glasfasern versetzt und es entstehen Verbundwerkstoffe. Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) und glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) vereinen die Eigenschaften des Grundpolymers und der verstärkenden Eigenschaften der Fasern. Verfügbare und interessante Kunststoffe mit Faserverstärkungen für den technischen Einsatz sind zum Beispiel PA CF (Polyamid mit Carbonfasern), PA6 GF30 (Polyamid 6 mit 30 % Glasfasern), PET CF (Polyethylenterephthalat mit Carbonfasern), PC GF30 (Polycarbonat mit 30 % Glasfasern) oder auch Ultra Performance Werkstoffe wie PEEK CF30 (Polyetheretherketon mit 30 % Carbonfasern).

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Belastbar gedruckter Träger aus faserverstärktem PETCF (PET mit 15% Carbonfaseranteil)

Werkstoffe

Hier präsentieren wir Ihnen unsere verfügbaren Werkstoffe, die in der additiven Fertigung eingesetzt werden. Sie erhalten zu jedem Werkstoff Informationen zu seinen Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten.

Werkstoff-Galerie

Werkstoff-Tabelle

Faserverstärkter 3D Druck und seine besonderen Eigenschaften

Hohe Festigkeit

Durch den Zusatz von Kohlefasern steigt die Festigkeit im Vergleich zum ungefüllten Kunststoff zwischen 20 und 50 %. Glasfaserverstärkte Kunststoffe bieten Festigkeitssteigerungen zwischen 10 und 30 %. Besonders bei Leichtbauanwendungen ist diese Festigkeitssteigung von hohem Wert, denn das Gesamtgewicht des gedruckten Bauteils erhöht sich durch die Zusätze nur geringfügig. Teilweise kann das faserverstärkte 3d-Druck Bauteil auch umkonstruiert werden, um Material zu sparen.

Geringer Verzug

Bei so gut wie allen Fertigungsverfahren der Kunststoffverarbeitung ist bei der Verarbeitung oder bei fertigungsbedingten Abkühlprozessen mit Verzug zu rechnen. Dieser Verzug kann hinsichtlich der Maßhaltigkeit des finalen Bauteils eine große Herausforderung darstellen. Durch den Zusatz von Kohlefasern oder auch Glasfasern wird der Verzug besonders bei der additiven Fertigung deutlich reduziert. Deshalb empfehlen wir oft carbonfaserverstärkte Kunststoffe, wenn die Maßhaltigkeit eine besondere Rolle spielt und enge Toleranzen eingehalten werden müssen.

Wärmeformbeständigkeit

Verbundmaterialien haben im Vergleich zum unverstärkten Kunststoff auch eine höhere Wärmeformbeständigkeit, die bis zu 30 % höher liegt. Bei vielen Anwendungen können damit Kosten eingespart werden, indem nicht zu einem kostenintensiveren Polymer oder gar Metall gegriffen werden muss.

Steifigkeit

Ein entscheidender Faktor für faserverstärkt gedruckte Bauteile ist die enorme Steigerung der Steifigkeit. Das heißt, das Bauteil bleibt auch unter Last formstabil. Besonders carbonfaserverstärkte Kunststoffe können bei der Steifigkeit punkten.

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Unsere Profis im Bereich des 3D-Drucks freuen sich auf Ihre Kontaktaufnahme. Gemeinsam sprechen Sie über die individuellen Herausforderungen und finden wirtschaftliche Lösungen für die Fertigung Ihrer faserverstärkten Kunststoffbauteile. Vereinbaren Sie noch heute Ihr unverbindliches Erstgespräch.

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Im Vergleich: glasfaserverstärkter und kohlefaserverstärkter Kunststoff

Bei der Entscheidung, welcher faserverstärkte Kunststoff am besten für Ihre Anwendung geeignet ist, sind viele Faktoren zu berücksichtigen.

Folgende Tabelle hilft bei der Entscheidung:

Eigenschaft

Glasfaser

Kohlefaser

Kosten

Zugfestigkeit

Steifigkeit

Gewicht

Dauerhaltbarkeit

UV-Beständigkeit

Flexibilität

Funkwellen durchlässig

(Bluetooth etc.)

Hitzebeständig

Chemikalienbeständig

Elektrische Leitfähigkeit

Formstabilität

Wie werden faserverstärkte Kunststoffe auf dem 3D-Drucker verarbeitet?

Die Anforderungen an die additiven Fertigungsanlagen steigen durch die Verwendung von GFK oder CFK-Werkstoffen. Die Verarbeitungstemperaturen sind höher und durch den Faseranteil verhält sich das Material abrasiv. Dadurch müssen alle Komponenten, die mit dem Material in Berührung kommen, gehärtet sein. Alle unsere 3D-Drucker, die auf dem Schmelzschichtverfahren basieren, das auch FDM- oder FFF Verfahren genannt wird, sind bei uns auf die Verarbeitung von faserverstärkten Kunststoffen umgerüstet.

Wir können sogar Großformat 3D-Druckbauteile aus faserverstärkten Werkstoffen bis zu 1 m³ herstellen. Besonders das Material PET CF ist dafür besonders geeignet, da es relativ kostengünstig ist und das Kohlefaser-Filament uns in großen Spulen zur Verfügung steht. Werkstoffe auf Basis von PEEK oder PPS werden auf unseren Hochtemperatur-Anlagen gedruckt.