Eine verbreitete Art, Carbonfaserverbundmaterialien zu verarbeiten, ist das Fused Deposition Modeling, bei dem Schicht um Schicht ein Werkstück entsteht. Der Nachteil: Die mechanische Stabilität ist in vertikaler Richtung geringer als in horizontaler. Das japanische Unternehmen Toray Engineering Co., Ltd hat, um dieses Problem zu lösen, die Core-Shell-Methode entwickelt – eine Kombination von Stereolithografie und Spritzguss.
aktualisiert und ergänzt am 21.03.2024 (eve)
Bei der Stereolithografie (SLA) wird ein Laserstrahl auf eine dünne Schicht flüssigen Photopolymerharzes fokussiert. Das lichtempfindliche Harz reagiert und verfestigt sich, so dass dank des UV-Lichts eine einzige 2D-Schicht des Objekts entsteht. Durch Auftragen einer neuen Harzschicht und Wiederholung des Prozesses für jeden Abschnitt des Objekts entsteht das vollständige 3D-Druckobjekt.
Bei der Core-Shell-Methode erzeugt ein lichthärtender 3D-Drucker schrittweise eine Schale, die als Form dient und fortlaufend mit dem duroplastischen CF-Verbundmaterial ausgegossen wird. Im Anschluss wird das flüssige CF-Verbundmaterial in einem Ofen auf einmal aushärtet. Dadurch gelingt es, Formteile ohne Anisotropie herzustellen, denn im Prinzip sind Festigkeit und Steifigkeit innerhalb des Formteils gleichmäßig.
Toray Engineering hat seine Core Shell CF Composite Material 3D Molding Machine auf der JEC World vorgestellt. Sie verarbeitet duroplastisches Epoxidharz, das gemahlene Carbonfasern (CF) enthält. Mögliche Anwendungen sind z. B. verschiedene Prototypenteile, Vorrichtungen, leichte und hochfeste Strukturen und medizintechnische Produkte.
Core-Shell-Methode zur Produktion von Kleinserien mit hoher Varianz
Bild Toray Engineering
Auf die Frage der additive – die Plattform für die additive Fertigung, inwiefern sich die Kern-Schale-Methode auf die den Entwicklungsprozess für Prototypen und Endprodukte auswirken könnte, antwortete Satoshi Enzaki, Senior Manager Research & Development, Toray Engineering: „Die mechanische Festigkeit des Gussobjekts wird erhöht, da das Gussobjekt isotrop ist, ohne dass eine Form verwendet wird, und weil das Kernmaterial Kohlefaser (CF) enthält.“
Daher sei es von Vorteil, nicht nur das Aussehen des Formteils zu prüfen, sondern auch die Funktion des Formteils zu bewerten. Wenn die Funktionsprüfung bereits im frühen Entwicklungsstadium durchgeführt werden kann, dürfte sie den Vorteil haben, das Entwicklungsrisiko zu verringern, so Satoshi Enzaki. „Solange es sich bei dem Kernmaterial um ein duroplastisches Harz handelt, können auch andere Materialien verwendet werden als Werkstoffe, die gemahlene Carbonfasern enthalten. Wie herkömmliche 3D-Drucker ist er jedoch nicht für die Massenproduktion einer kleinen Produktvielfalt geeignet, sondern eher für die Produktion vieler verschiedener Kleinserien.“
Auf der JEC habe das Unternehmen ausgestellt, um die Bedürfnisse der Anwender und des Marktes zu ermitteln. Satoshi Enzaki: „Wir untersuchen und suchen nach Anwendungen, die die Vorteile unseres Modellierungskonzepts nutzen können, und unser Modellierungskonzept ist isotropes Formen – keine Schichtstruktur. Die Verarbeitung von Verbundwerkstoff-Formteilen entspricht der von konventionellen Harzprodukten, da weder Delamination noch Fluffing vorkommen.“ (eve)
