Forscher der Montanuniversität Leoben in Österreich untersuchen gemeinsam mit Partnern die Lebensdauer und Zuverlässigkeit von Objekten aus dem 3D-Drucker für hoch belastete industrielle Anwendungen. Das Ganze geschieht im Rahmen des FFG-Projekts eFAM4Ind. Profitieren könnte von Entwicklungen aus dem Projekt zum Beispiel die Sportindustrie.

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Montanuniversität Leoben LogoDie Montanuniversität Leoben führt seit April 2020 mit Forschungspartnern wie dem Polymer Competence Center Leoben (PCCL), SinusPro, dem Kompetenzzentrum Holz und Head Sport Untersuchungen zur Anwendung von 3D-Druck für Hochleistungsprodukte und Leichtbau durch. Das Ganze geschieht im Rahmen des FFG-Projekts eFAM4Ind (endless fiber reinforced additive manufacturing for industrial applications). Mithilfe von Prüf- und Simulationsroutinen soll laut einem Blogartikel des Kompetenzzentrums Holz die Haltbarkeit und Lebensdauer von faserverstärkten Bauteilen vorhergesagt werden.

Wenig geeignete Materialien

Für hochbelastete industrielle Anwendungen gibt es noch sehr wenige 3D-Drucker-Materialien, die den hohen industriellen Anforderungen entsprechen. Werden Füllstoffe verstärkend eingesetzt, wie zum Beispiel Glas-, Carbon- oder Naturfasern, sind die Eigenschaften deutlich besser.

Verstärkende Stoffe wurden unter anderem bereits mit dem Fused Filament Fabrication-Verfahren (FFF) erfolgreich verarbeitet. Dabei können unterschiedlichste Fasern und Längen von kurz bis endlos genutzt werden. Für die Prüfung der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer spielt die Qualität der Schweißnähte zwischen abgelegten Strängen eine wichtige Rolle.

Prüfungsroutinen

Mann mit Objekt aus dem 3D-Drucker
Mit verstärkenden Füllstoffen lassen sich die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen erhöhen (Bild © Kompetenzzentrum Holz GmbH).

Unter realen Bedingungen ist eine Bauteilprüfung zielführend, aber gleichzeitig sehr aufwendig und teuer. Den Forschern zufolge steht die Lebensdaueranalyse im Widerspruch zur Grundidee des 3D-Drucks, bei dem es um schnelle, effiziente und nachhaltige Herstellung von Objekten geht. Die Prüfung von Probekörpern in Kombination mit Prozessdaten und Computersimulation wäre effizienter. Für den 3D-Druck fehlen jedoch die nötigen Routinen.

Das Projekt eFAM4Ind möchte Prüfungsroutinen auf Basis von Probekörper-Tests und Finite Elemente (FEM)-Berechnungen auch im 3D-Druck schaffen. Mit FE Modellen, die die vom FFF-Verfahren bereits bekannte Prozesspfad und Prozessgeschichte miteinbeziehen, lassen sich Schwachstellen in Bauteilen berechnen und die Lebensdauer vorhersagen. Für die Montanuniversität steht dabei die Prüfung der Materialien und der daraus hergestellten Filamente, die Prüfung von Prototypen und die Auswertung der Daten im Vordergrund.

Die Sportindustrie könnte vom 3D-Druck profitieren. Sportgeräte müssen hohen Belastungen standhalten und dennoch leicht bleiben. Geräte werden oft auch an die Anforderungen der Sportler angepasst. Im Februar 2020 erhielt das 3D-Druck-Start-up Protect3d den 1. Platz bei NFL „1st and Future Challenge“ mit seiner App für den 3D-Druck von maßgeschneiderten Sportgeräten. Eine Übersicht vergangener und gegenwärtiger Projekte im Sport mit Bezug auf den 3D-Drucker finden Sie auf unserer Themenseite „3D-Druck im Sport“ und regelmäßig auch im 3D-grenzenlos-Newsletter (kostenlos anmelden).

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