3D High Performance Composites

Seit 2018 wird das Vorhaben „Untersuchungen zur Herstellung und zur Modellierung des Festigkeitsverhaltens von Hochleistungs-Kompositkunststoffen mit 3D-Druckverfahren - 3D High Performance Composites“ gemeinsam von der BTU Cottbus - Senftenberg und dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP, FB Polymermaterialien und Composite PYCO, im Rahmen der Richtlinie des Ministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kultur (MWFK) zur Förderung der „Stärkung der technologischen und anwendungsnahen Forschung an Wissenschaftseinrichtungen im Land Brandenburg“ (StaF-Richtlinie) bearbeitet.

Ziel des Vorhabens „3D High Performance Composites“ ist die Erforschung spezifischer additiver Fertigungstechnologien für Hochleistungskunststoffe und die Entwicklung eines Berechnungstools für den statischen- und Ermüdungsfestigkeitsnachweis von Bauteilen, die mittels additiver Fertigungsverfahren hergestellt wurden.

Ausgehend von experimentellen Untersuchungen an kommerziellen Hochleistungskunststoffen werden durch systematische Veränderungen der Behandlungsparameter beim Drucken die Grenzen des damit erreichbaren Materialeigenschaftsspektrums ausgelotet. Dieses bildet dann die Grundlage für die festkörpermechanischen Berechnungen, mit denen das statische, zeitabhängige und thermische Festigkeitsverhalten analytisch beschrieben werden soll. Gezielt werden experimentell ermittelte Gefüge-Eigenschafts-Beziehungen in die Modellierung einbezogen.

Letztlich sollen die festkörpermechanischen Berechnungsmodelle dazu dienen, Materialeigenschaften und Prozessparameter für beliebige Hochleistungskunststoffe zu prognostizieren.

Das Fraunhofer IAP entwickelt dabei neuartige Materialien für die additive Fertigung auf Basis von Reaktivharzen. Diese duroplastischen Materialien werden als festes Pulver für Sinterverfahren eingesetzt. Zusätzlich kann durch Modifikation der Reaktivharze mit entsprechenden Additiven auch ein fließfähiges Polymer für 3D-Druck-Prozesse hergestellt werden. Die entwickelten Reaktivharze können hierbei nicht nur im Bereich der additiven Fertigung eingesetzt werden, sondern stellen den Ausgangspunkt für eine breitere Anwendung in den Bereichen Leichtbau, Mobilität und Energie dar.

Damit wird die Basis für eine zügige Umsetzung in eine industrielle Anwendung geschaffen, besonders im klein- und mittelständigen Bereich der regionalen Wirtschaft, aber auch darüber hinaus für die nationale und internationale Etablierung der additiven Fertigungsverfahren und dem Einsatz neuer Materialien.