3D-Druck von Kohlefaser-Verbundwerkstoffen

Im 3D-Druck wächst die Auswahl der Verbundwerkstoffe immer schneller, denn diese bieten häufig die Vorteile und Eigenschaften der Ausgangsmaterialien. Wie Sie Kohlefaser-Verbundwerkstoffe im 3D-Druck optimal für Ihre Anwendungen auswählen und wo Sie bereits eingesetzt werden, erfahren Sie in unserem Blogbeitrag.

Verbundwerkstoffe im 3D-Druck

Neben Basis-Polymeren wie beispielsweise ABS, Polycarbonat oder Nylon, halten immer mehr Verbundwerkstoffe, sogenannte Composite Materialien, Einzug in die breite Palette von Kunststoffen, die für das FDM/FFF 3D-Druckverfahren zur Verfügung stehen.

Um die Vorteile unterschiedlicher Kunststoffe zu kombinieren, kann man Mischungen, auch Blends genannt, aus zwei oder mehreren Polymeren herstellen. Diese kombinieren dann die Eigenschaften beider Ausgangsmaterialien. Ein Beispiel ist PC-ABS, welches den großartigen mechanischen Eigenschaften von ABS die Schlagzähigkeit und zudem die Hitzebeständigkeit von PC hinzufügt.

Bei den Composite Materialien wird nun einem Basis-Polymer ein zweiter Grundstoff hinzugefügt, ohne daß eine Lösung der beiden einzelnen Grundstoffe untereinander stattfindet. Vielmehr sind es beispielsweise Teilchen oder Fasern, die dem Polymer beigemischt werden. Bekannte und gebräuchliche Materialien sind z.B. Glas-, Aramid- und Kohlenstoff-Fasern.

Höhere Steifigkeit und geringes Gewicht

Kohlenstoff- oder auch Karbon-Fasern genannt, haben im Vergleich zu Stahl ein erheblich geringeres Gewicht bei gleicher oder sogar höherer Steifigkeit. Das macht den Werkstoff ideal als Metall-Ersatz insbesondere da, wo Gewicht eingespart werden soll. Wir kennen Karbon-Teile aus dem Bereich Automotive, wo ganze Baugruppen daraus hergestellt werden um Gewicht zu sparen. Aber auch aus dem Sport-Bereich (Rennräder, Mountainbikes, Tennisschläger, Angelruten, Ruderboote uvm.) sowie aus der Luft- und Raumfahrt. Das Seitenleitwerk des Airbus A380, welches enormen Kräften standhalten muss, ist aus Karbonfasern gefertigt.

Quelle: HexCel

Auch beim 3D-Druck haben Kohlefaser-Verbundwerkstoffe längst Einzug gehalten, und es sind völlig neue Composite-Materialien wie beispielsweise Nylon CF (Carbon Fiber) erhältlich. Nylon zeichnet sich durch eine sehr hohe Zugfestigkeit, hohe Elastizität und Abriebfestigkeit aus. Die Kohlefasern verleihen dem Verbundwerkstoff zusätzliche Steifigkeit, Schlagfestigkeit und Temperaturformbeständigkeit von über 180°C bei Nylon 6/66 CF.

Um das Problem der Hygroskopie zu lösen (Nylon entzieht seiner Umgebung relativ schnell Feuchtigkeit) was mit Problemen beim 3D-Druck behaftet ist und die Materialeigenschaften verschlechtert, kann alternativ der Einsatz von Nylon 12 CF sinnvoll sein. Nylon 12 CF nimmt besonders wenig Feuchtigkeit auf, ist sehr resistent gegenüber Feuchtigkeit, Chemikalien sowie Ölen, und hat wie Nylon 6/66 eine hohe Steifigkeit und Spannungsrissbeständigkeit, wenn auch leicht unter den dessen Werten. Die Temperaturformbeständigkeit liegt bei über 150°C. Beim 3D Druck erzielt man mit Nylon CF eine schöne, seidenmatte Oberfläche, die keine Nachbearbeitung erfordert.

Das passende Material finden

Letztendlich entscheidet das zu druckende Objekt und dessen spätere Aufgabe darüber, welches Material am besten geeignet ist. Die Auswahl wächst hier rasant. Und vom Basis-Polymer bis hin zu High-Tech-Kunststoffen und Composite-Materialien, lässt sich für nahezu jede Anforderung das richtige Material finden.

Mit dem MakerBot Method, und hier dem speziell für den 3D-Druck von Nylon Carbon Fiber entwickelten Method Carbon Fiber Edition ist der Druck von Kohlefaser-Verbundwerkstoffen auch im Desktop-3D-Druck bestens möglich.

Weitere Informationen finden Sie auch auf unserer Seite „Alles was Sie über den 3D-Druck von Kohlefaser wissen müssen“