Verbundwerkstoffe wie beispielsweise kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe sind höchst vielseitige und effiziente Materialien, die die Innovation in vielen Branchen vorantreiben, z. B. in der Luft- und Raumfahrt oder im Gesundheitswesen. Dabei übertreffen sie traditionelle Materialien wie Stahl, Aluminium, Holz oder Kunststoff und ermöglichen die Fertigung leichtgewichtiger Hochleistungsprodukte.
In diesem Leitfaden erlernen Sie die Grundlagen der Herstellung von Kohlenstofffaserteilen, einschließlich mehrerer Methoden zur Schichtung von Kohlenstofffasern, Laminierung und Umformung, sowie Möglichkeiten, mit 3D-Druck die Kosten zu senken und Zeit zu sparen.
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Was sind Verbundwerkstoffmaterialien?
Ein Verbundwerkstoff ist ein Werkstoff aus zwei oder mehr verbundenen Materialien, der andere Werkstoffeigenschaften besitzt als seine einzelnen Komponenten. Dabei verbessern sich üblicherweise die technischen Eigenschaften wie Festigkeit, Effizienz oder Haltbarkeit. Bei Verbundwerkstoffen ist eine Verstärkung in Form von Fasern oder Teilchen in eine andere Komponente eingebettet, die sogenannte Matrix (aus Polymer, Metall oder Keramik).
Faserverstärkte Polymere regieren den Markt und treiben neue Anwendungen in verschiedenen Branchen voran. Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (auch CFK, Kohlefaser oder Carbon) ist eines davon und kommt als weit verbreiteter Verbundwerkstoff vor allem in Luftfahrzeugen, Rennwagen und Fahrrädern zum Einsatz, da es dreimal stärker und starrer ist als Aluminium und trotzdem 40 % weniger wiegt. Es wird als Verbund verstärkter Kohlenstofffaser mit Epoxidharz geformt.
Die Fasern können eine einheitlich direktionale Webung haben und strategisch ausgerichtet werden, um Festigkeit relativ zu einem spezifischen Vektor zu bieten. Fasern mit Kreuzgeflecht sorgen für Festigkeit gegenüber mehreren Vektoren. Außerdem sind sie verantwortlich für die gesteppte Optik, die man von Verbundwerkstoffteilen kennt. Üblicherweise werden Teile aus einer Kombination beider hergestellt. Es gibt viele verschiedene Arten von Fasern, dazu zählen:
| Glasfaser | Kohlenstofffaser | Aramidfasern (Kevlar) |
|---|---|---|
| Das beliebteste Fasermaterial Leichtgewichtig, moderate Zug- und Druckfestigkeit Kostengünstig und leicht zu verarbeiten | Höchste Festigkeit und bestes Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht (Zug-, Druck- und Biegebruchfestigkeit) Teurer als andere Fasern | Höhere Zähigkeit und mehr Abrasionswiderstand als bei Kohlenstofffaser Geringe Zugfestigkeit Schwer zu schneiden oder maschinell zu bearbeiten |
Harz hält diese Fasern zusammen und bildet einen harten Verbundwerkstoff. Es lassen sich Hunderte Harztypen verwenden. Hier sind einige der beliebtesten:
| Material | Vorteile | Nachteile | Nachhärten |
|---|---|---|---|
| Epoxidharz | Höchste Zugfestigkeit Geringstes Gewicht Längste Haltbarkeit | Höchster Preis Reagiert empfindlich auf Mischungsverhältnis und Temperaturschwankungen | Verwendet einen spezifischen Aushärter (zweiteiliges System) Einige Epoxidharze benötigen Hitze |
| Polyester | Leichte Handhabung (beliebteste Option) UV-beständig Niedrigster Preis | Geringe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit | Benötigt einen Katalysator (Methylethylketonperoxid) |
| Vinylesterharz | Schlägt die Brücke zwischen der Leistung von Epoxidharz und den Kosten von Polyesterharz Beste Korrosions- und Temperaturbeständigkeit sowie Dehnung | Geringere Festigkeit als Epoxidharz und höhere Kosten als Polyesterharz Begrenzte Haltbarkeit | Benötigt einen Katalysator (Methylethylketonperoxid) |
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Drei Methoden zur Produktion von Kohlenstofffaserteilen
Die Fertigung faserverstärkter Polymerteile wie beispielsweise bei Kohlenstofffaser benötigt viel Geschick und Arbeitsaufwand. Sie kommt sowohl bei der Produktion von Einzelstücken als auch von Serien zum Einsatz. Arbeitszyklen reichen von einer Stunde bis zu 150 Stunden, abhängig von der Größe und Komplexität des Teils. Üblicherweise werden bei der Fertigung faserverstärkter Polymere durchgängige, gerade Fasern in der Matrix eingebettet, um einzelne Lagen zu formen. Diese Lagen werden dann Schicht für Schicht auf das fertige Teil laminiert.
Die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs stammen ebenso von den Materialien wie vom Laminierungsprozess – die Art und Weise, wie die Fasern eingebettet werden, hat große Auswirkungen auf die Leistung des Teils. Die Duroplast-Harze nehmen zusammen mit der Verstärkung in einem Werkzeug oder einer Form die gewünschte Gestalt an. Durch Aushärtung wird dann daraus ein festes Produkt. Es gibt verschiedene Laminierungstechniken, die sich in drei Haupttypen untergliedern lassen:
1. Handlaminierung
Bei der Nasslaminierung wird das Fasermaterial in eine Form gelegt. Danach wird mit einem Pinsel, einer Rolle oder einer Sprühpistole das Harz aufgetragen. Diese Methode benötigt das meiste Geschick, um hochqualitative Teile herzustellen. Sie ist jedoch auch die billigste und einstiegsfreundlichste für eigenproduzierte Kohlenstofffaserteile. Falls die Herstellung von Kohlenstofffaserteilen für Sie Neuland ist und Sie noch nicht über die nötige Ausrüstung verfügen, empfehlen wir Ihnen zunächst die Nasslaminierung von Hand.
Dieses kurze Video zeigt den Nasslaminierungsprozess für Kohlenstofffaserteile.
2. Prepreg-Laminierung
Bei der Prepreg-Laminierung werden die Fasern vorher mit Harz angereichert. Die vorimprägnierten Bögen werden kalt gelagert, damit sie nicht aushärten. Die Lagen werden dann unter Hitze und Druck mittels eines Autoklavs in der Form ausgehärtet. Das lässt sich besser konsistent wiederholen und ist präziser, da die Harzmenge kontrollierbar ist. Es ist aber auch die teuerste Technik. Sie kommt für gewöhnlich bei Hochleistungsanwendungen zum Einsatz.
3. Resin Transfer Molding (RTM)
Beim RTM-Verfahren werden die trockenen Fasern in eine zweiteilige Form eingelegt. Die Form wird fest verschlossen und anschließend wird Kunstharz unter hohem Druck in den Hohlraum gespritzt. Der Prozess ist für gewöhnlich automatisiert und wird zur Produktion großer Mengen eingesetzt.
3D-Druck von Formen zur Herstellung von Kohlenstofffaserteilen
Da die Qualität der Form die Qualität des fertigen Teils direkt beeinflusst, ist die Werkzeugbestückung ein entscheidender Aspekt der Fertigung faserverstärkter Polymere. Die meisten Formen bestehen aus Wachs, Schaumstoff, Holz, Kunststoff oder Metall aus CNC- oder Handbearbeitung. Manuelle Techniken sind höchst arbeitsaufwändig und CNC-Bearbeitung durchläuft noch immer einen langwierigen Arbeitsprozess – insbesondere bei schwierigen Geometrien. Außerdem bringt das CNC-Outsourcing hohe Kosten und lange Durchlaufzeiten mit sich. Beide Optionen benötigen geübte Fachkenntnisse und gewähren nur geringe Flexibilität bezüglich Designiterationen und Anpassungen der Form.
Die Lösung dazu ist die additive Fertigung. Sie ermöglicht die schnelle Produktion der Formen und Modelle für die Herstellung von Carbonfaserteilen — und das Ganze bei geringen Kosten. Der Einsatz von Polymer-Werkzeugbestückung im Fertigungsprozess wächst stetig. Dabei ersetzen Sie metallische Werkzeuge durch betriebsintern gedruckte Kunststoffteile. Das ist eine leistungsstarke und kostengünstige Methode, um die Produktionszeiten zu verkürzen und gleichzeitig mehr Designfreiheit zu bekommen. Ingenieure arbeiten bereits mit 3D-Druckteilen aus Polymerharzen bei der Herstellung von Halterungen und Vorrichtungen für Methoden wie Faserwickelverfahren oder die automatisierte Faserpositionierung. Ebenso kommen gedruckte Formen und Formwerkzeuge für Kleinserien im Spritzguss, Thermoformen oder bei der Blechumformung zum Einsatz.
Betriebsinterner Desktop-3D-Druck benötigt nur wenig Ausrüstung und verringert die Komplexität des Arbeitsprozesses. Professionelle Kunstharz-Drucker wie der Form 3+ sind erschwinglich, einfach einzurichten und bei steigender Nachfrage gut skalierbar. Die Anfertigung großer Werkzeuge und Formen ist mit großformatigen 3D-Druckern wie dem Form 3L ebenfalls möglich.
Stereolithografie-3D-Druck (SLA) erstellt Teile mit sehr glatter Oberflächenbeschaffenheit, was bei Carbonfaser-Laminierungsformen ausschlaggebend ist. Das ermöglicht komplexe Geometrien mit höchster Präzision. Außerdem bietet die Materialbibliothek von Formlabs technische Kunstharze mit mechanischen und thermischen Eigenschaften, die sich ideal zur Herstellung von Formen und Modellen eignen.
3D-gedruckte Formen verringern die Kosten und die Durchlaufzeit bei der Herstellung von Kohlenstofffaserteilen.
Für kleinformatige Teile können Ingenieure die Form in nur wenigen Stunden kostengünstig direkt drucken. So sparen Sie sich die manuelle Bearbeitung, CNC-Maschinerie, CAM-Software, maschinelle Einrichtung, Einspannung, Werkzeugbestückung oder Spanabfuhr. Arbeit und Durchlaufzeit des Formenbaus sind dabei drastisch verringert. Das wiederum ermöglicht schnelle Designiterationen und individuelle Anpassung der Teile. Dabei können sogar komplexe Formen mit filigranen Details hergestellt werden, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nur schwer erzielbar wären.
Das Formula-Student-Team der TU Berlin (FaSTTUBe) hat ein Dutzend Kohlenstofffaserteile für Rennwagen angefertigt. Die Ingenieure des Team führen die Laminierung von Hand durch, in einer 3D-gedruckten Form aus Formlabs Tough 1500 Resin. Dieses Kunstharz besticht durch seinen Zugmodul von 1,5 GPa und eine Bruchdehnung von 51 %. Nicht nur ist es stark genug für den Laminierungsprozess, es ist außerdem flexibel genug, um das Teil nach der Aushärtung leicht von der Form zu trennen.
Mold Architecture and Design Guidelines
When designing your mold, consider what will print successfully, as well as what will mold successfully. Different mold architectures are used to create different types of geometry:
- One-part mold in vacuum bagging: Used for parts that need one class A side, meaning a glossy finish. It can be positive or negative, depending on which side should be class A. One side is the mold surface, the other side is the vacuum bag surface.
- Two-part mold in compression molding: Used for parts where both sides of the part need to be class A. Both sides are mold surfaces.
- Bladder mold in pressure molding: Used for complex geometry where a vacuum bag or compression mold can not be employed due to the inability of the part to demold. One side is the mold surface, while the other side is the bladder surface.
- Mold pattern to create a negative mold: Used when multiple molds are desired to increase production. Multiple molds can be made from a single pattern.
Add draft angle: Two to three degrees of positive draft angle will facilitate the demolding step and increase the life of the mold, in particular for stiff molds. However, using a pliable 3D printing material such as Tough 1500 Resin can permit you to create parts without a draft and include challenging geometries that could not be demolded from a stiff mold. Set a minimum radius appropriate for your material thickness: this helps the fibers to align on corners while avoiding air inclusion, and to create repeatable quality parts. Avoid steep and close proximity corners, as flowing geometries are easier to work with than boxy, edgy ones.
Set a minimum radius appropriate for your material thickness: This helps the fibers to align on corners while avoiding air inclusion, and to create repeatable quality parts. Avoid steep and close proximity corners, as flowing geometries are easier to work with than boxy, edgy ones.
Add draft angle: Two to three degrees of positive draft angle will facilitate the demolding step and increase the life of the mold, in particular for stiff molds. However, using a pliable 3D printing material such as Tough 1500 Resin can permit you to create parts without a draft and include challenging geometries that could not be demolded from a stiff mold. Set a minimum radius appropriate for your material thickness: this helps the fibers to align on corners while avoiding air inclusion, and to create repeatable quality parts. Avoid steep and close proximity corners, as flowing geometries are easier to work with than boxy, edgy ones.
Set a minimum radius appropriate for your material thickness: This helps the fibers to align on corners while avoiding air inclusion, and to create repeatable quality parts. Avoid steep and close proximity corners, as flowing geometries are easier to work with than boxy, edgy ones.
Other best practices:
- Print at the smallest layer height possible to optimize the resolution and demolding step.
- Avoid supports on molding faces for better surface finish.
- Use a release agent: this is required to enable the demolding process.
- To avoid air inclusion: after stirring and mixing, wait two minutes to have the air settle out of the resin. Reiterate after brushing on the first layer of resin. If small air bubbles remain, it can be polished out and sealed off in post-processing.
Case Study: TU Berlin 3D Prints Carbon Fiber Molds With Tough 1500 Resin
The Formula Student is a yearly engineering design competition in which student teams from around the world build and race formula-style cars. The Formula Student Team TU Berlin (FaSTTUBe) is one of the largest groups; 80 to 90 students have been developing new racing cars every year since 2005.
The Formula Student team at TU Berlin (FasSTTUBe) is building three vehicles for the annual Formula Student competition. With access to nearly the full range of fabrication technologies, they are using 3D printing for three purposes:
- Prototypes: they print prototypes for various parts, such as mountings of the anti-roll bar or stakeholders of the HV Battery.
- Molds to manufacture carbon fiber parts: the team printed a dozen molds to fabricate carbon fiber parts that could not have been made otherwise.
- End-use parts: about 30 parts on the final vehicles are directly 3D printed: from button holders, shifters of the steering wheel, to hoses and sensor connectors of the cooling systems.
In this case study, we’re looking into the details of the molding application they used to fabricate the steering wheel housing and grips in carbon fiber.
Reducing weight is essential in the construction of racing cars. In an effort to lighten the parts, they could have printed hollow steering wheel grips, but it would not be strong enough to bear the grasp of the driver.
Carbon fiber is a great material to lower weight while maintaining or increasing strength. To be able to fabricate the part in carbon fiber this year, Felix Hilken, the Head of Aerodynamics and Carbon Manufacturing, developed a workflow using 3D printed molds for wet lay-up lamination.
1. Design the Mold
The grip was manufactured in two halves subsequently assembled, in order to be able to demold the part. For each half of the grip, Felix designed a two-part mold including features that would be challenging to manufacture without 3D printing, in particular:
- Fine features such as tight internal radii, sweeping surfaces, or varying radii surfaces.
- Round tight edges that could not be demolded from an aluminum mold. A hollow 3D printed mold is flexible enough to demold this type of geometry easily.
- Indents for drilling location because the part is sensitive to positioning.
"Some of the features on here can literally not be done with any other process in an economical way," says Felix. He oriented the part to avoid supports on the molding surfaces so that he did not have to post-process the surface of the prints.
2. Form drucken
The grip was manufactured in two halves subsequently assembled, in order to be able to demold the part. For each half of the grip, Felix designed a two-part mold including features that would be challenging to manufacture without 3D printing, in particular:
- Fine features such as tight internal radii, sweeping surfaces, or varying radii surfaces.
- Round tight edges that could not be demolded from an aluminum mold. A hollow 3D printed mold is flexible enough to demold this type of geometry easily.
- Indents for drilling location because the part is sensitive to positioning.
"Some of the features on here can literally not be done with any other process in an economical way," says Felix. He oriented the part to avoid supports on the molding surfaces so that he did not have to post-process the surface of the prints.
2. Form drucken
The grip was manufactured in two halves subsequently assembled, in order to be able to demold the part. For each half of the grip, Felix designed a two-part mold including features that would be challenging to manufacture without 3D printing, in particular:
- Fine features such as tight internal radii, sweeping surfaces, or varying radii surfaces.
- Round tight edges that could not be demolded from an aluminum mold. A hollow 3D printed mold is flexible enough to demold this type of geometry easily.
- Indents for drilling location because the part is sensitive to positioning.
"Some of the features on here can literally not be done with any other process in an economical way," says Felix. He oriented the part to avoid supports on the molding surfaces so that he did not have to post-process the surface of the prints.
2. Form drucken
The grip was manufactured in two halves subsequently assembled, in order to be able to demold the part. For each half of the grip, Felix designed a two-part mold including features that would be challenging to manufacture without 3D printing, in particular:
- Fine features such as tight internal radii, sweeping surfaces, or varying radii surfaces.
- Round tight edges that could not be demolded from an aluminum mold. A hollow 3D printed mold is flexible enough to demold this type of geometry easily.
- Indents for drilling location because the part is sensitive to positioning.
"Some of the features on here can literally not be done with any other process in an economical way," says Felix. He oriented the part to avoid supports on the molding surfaces so that he did not have to post-process the surface of the prints.
2. Form drucken
The grip was manufactured in two halves subsequently assembled, in order to be able to demold the part. For each half of the grip, Felix designed a two-part mold including features that would be challenging to manufacture without 3D printing, in particular:
- Fine features such as tight internal radii, sweeping surfaces, or varying radii surfaces.
- Round tight edges that could not be demolded from an aluminum mold. A hollow 3D printed mold is flexible enough to demold this type of geometry easily.
- Indents for drilling location because the part is sensitive to positioning.
"Some of the features on here can literally not be done with any other process in an economical way," says Felix. He oriented the part to avoid supports on the molding surfaces so that he did not have to post-process the surface of the prints.
2. Form drucken
The grip was manufactured in two halves subsequently assembled, in order to be able to demold the part. For each half of the grip, Felix designed a two-part mold including features that would be challenging to manufacture without 3D printing, in particular:
- Fine features such as tight internal radii, sweeping surfaces, or varying radii surfaces.
- Round tight edges that could not be demolded from an aluminum mold. A hollow 3D printed mold is flexible enough to demold this type of geometry easily.
- Indents for drilling location because the part is sensitive to positioning.
"Some of the features on here can literally not be done with any other process in an economical way," says Felix. He oriented the part to avoid supports on the molding surfaces so that he did not have to post-process the surface of the prints.
2. Form drucken
The grip was manufactured in two halves subsequently assembled, in order to be able to demold the part. For each half of the grip, Felix designed a two-part mold including features that would be challenging to manufacture without 3D printing, in particular:
- Fine features such as tight internal radii, sweeping surfaces, or varying radii surfaces.
- Round tight edges that could not be demolded from an aluminum mold. A hollow 3D printed mold is flexible enough to demold this type of geometry easily.
- Indents for drilling location because the part is sensitive to positioning.
"Some of the features on here can literally not be done with any other process in an economical way," says Felix. He oriented the part to avoid supports on the molding surfaces so that he did not have to post-process the surface of the prints.
2. Form drucken
The grip was manufactured in two halves subsequently assembled, in order to be able to demold the part. For each half of the grip, Felix designed a two-part mold including features that would be challenging to manufacture without 3D printing, in particular:
- Fine features such as tight internal radii, sweeping surfaces, or varying radii surfaces.
- Round tight edges that could not be demolded from an aluminum mold. A hollow 3D printed mold is flexible enough to demold this type of geometry easily.
- Indents for drilling location because the part is sensitive to positioning.
"Some of the features on here can literally not be done with any other process in an economical way," says Felix. He oriented the part to avoid supports on the molding surfaces so that he did not have to post-process the surface of the prints.
2. Form drucken
The grip was manufactured in two halves subsequently assembled, in order to be able to demold the part. For each half of the grip, Felix designed a two-part mold including features that would be challenging to manufacture without 3D printing, in particular:
- Fine features such as tight internal radii, sweeping surfaces, or varying radii surfaces.
- Round tight edges that could not be demolded from an aluminum mold. A hollow 3D printed mold is flexible enough to demold this type of geometry easily.
- Indents for drilling location because the part is sensitive to positioning.
"Some of the features on here can literally not be done with any other process in an economical way," says Felix. He oriented the part to avoid supports on the molding surfaces so that he did not have to post-process the surface of the prints.
2. Form drucken
The grip was manufactured in two halves subsequently assembled, in order to be able to demold the part. For each half of the grip, Felix designed a two-part mold including features that would be challenging to manufacture without 3D printing, in particular:
- Fine features such as tight internal radii, sweeping surfaces, or varying radii surfaces.
- Round tight edges that could not be demolded from an aluminum mold. A hollow 3D printed mold is flexible enough to demold this type of geometry easily.
- Indents for drilling location because the part is sensitive to positioning.
"Some of the features on here can literally not be done with any other process in an economical way," says Felix. He oriented the part to avoid supports on the molding surfaces so that he did not have to post-process the surface of the prints.
2. Form drucken
The grip was manufactured in two halves subsequently assembled, in order to be able to demold the part. For each half of the grip, Felix designed a two-part mold including features that would be challenging to manufacture without 3D printing, in particular:
- Fine features such as tight internal radii, sweeping surfaces, or varying radii surfaces.
- Round tight edges that could not be demolded from an aluminum mold. A hollow 3D printed mold is flexible enough to demold this type of geometry easily.
- Indents for drilling location because the part is sensitive to positioning.
"Some of the features on here can literally not be done with any other process in an economical way," says Felix. He oriented the part to avoid supports on the molding surfaces so that he did not have to post-process the surface of the prints.
Ergebnisse
By using carbon fiber, the team reduced the weight of the steering wheel housing from 120g to 21g, and they were able to push the design to geometries that would be extremely difficult to manufacture traditionally. “The great thing about 3D printing is that a complex shape is as easy to manufacture as a simple one, it requires the same amount of work and equipment,” says Felix.
Without 3D printing, the team would have had to outsource the CNC milling of an aluminum mold, which is expensive, has a long lead time, and requires specialized tools. “I would CNC machine the mold, I would need to get specialized tools, and wait to get a slot on the machine. But I could not even do this geometry. In particular some of the small corners. I would need to use a design that doesn't have any screws in it, so the part would not be sensitive to positioning."
From his estimation, one mold printed with Formlabs Tough 1500 Resin could be used to fabricate about ten parts. As this is a manual process, it depends on how meticulous the operator is: the mold can break during the separation process. However, multiple 3D printed molds can be used to increase production. Another solution to extend the lifetime of the mold would be to support it with a metallic generic mold. A 3D Saveprinted insert carries the geometry while a backup metallic mold helps to hold its shape. This could be fabricated with a simple manual milling machine.
| Outsourced CNC Machined Mold | In-House 3D Printed Mold | |
|---|---|---|
| Ausrüstung | Carbon fiber, resins, tools, vacuum bag | Carbon fiber, resins, tools, vacuum bag, 3D printer, Tough 1500 Resin |
| Mold Production Time | 4-6 weeks | 2 days |
| Labor Costs | 0 $ | 300 € |
| Materialkosten | 0 $ | $10 |
| Total Mold Production Costs | $900 | $310 |
Case Study: Automotive Carbon Fiber Parts for Panoz
DeltaWing Manufacturing creates composite parts for the company Panoz, a designer and manufacturer of exclusive, American-made luxury sports cars. To fabricate carbon fiber components, DeltaWing Manufacturing used to machine a pattern, layup or cast a mold on it, and finish the mold before applying the prepreg process to laminate the carbon fiber part.
In the past years, they started using in-house 3D printed parts as an intermediate step in this process. Panoz needed six units of a carbon fiber fender air duct for a custom racing car. In order to reduce labor and lead time from their traditional mold making technique, the engineers from DeltaWing Manufacturing chose to directly 3D print the mold and implement it in their prepreg process.
The next section describes the procedure they utilized.
Equipment Necessary:
- Formlabs SLA 3D printer with High Temp Resin
- Carbon fiber: 4K, bidimensional pattern
- Mold release: polyvinyl alcohol
- Kapton (polyimide) tape
- High-strength epoxy resin
- Brush and scissors
- Vacuum bag, vacuum pump
1. Design the Mold
The duct was fabricated in two distinct pieces on two different molds in order to facilitate the separation of the final part from the mold, and then subsequently bonded. Each mold was also printed in two pieces and assembled together so that it could fit in the build volume of the Form Series printer — however, this would not be necessary with the larger build volume of the Form 4L printer. The parts were designed for additive manufacturing, following mold design recommendations.
2. Form drucken
The duct was fabricated in two distinct pieces on two different molds in order to facilitate the separation of the final part from the mold, and then subsequently bonded. Each mold was also printed in two pieces and assembled together so that it could fit in the build volume of the Form Series printer — however, this would not be necessary with the larger build volume of the Form 4L printer. The parts were designed for additive manufacturing, following mold design recommendations.
1. Design the Mold
The duct was fabricated in two distinct pieces on two different molds in order to facilitate the separation of the final part from the mold, and then subsequently bonded. Each mold was also printed in two pieces and assembled together so that it could fit in the build volume of the Form Series printer — however, this would not be necessary with the larger build volume of the Form 4L printer. The parts were designed for additive manufacturing, following mold design recommendations.
Ergebnisse
The team tested six iterations for one mold without observing any significant degradation. We estimate around 10-15 iterations are possible for one mold. As autoclaves are used to apply heat and pressure during curing in the prepreg process, the printed mold can only withstand a few iterations. Therefore, this method is not recommended for high-volume production, but it is a great way to produce short-run batches and mass-customized parts. This enables a wide range of applications such as high-performance sports equipment, customized tooling for aerospace, or personalized prosthetics that are unique to the patients in healthcare.
3D-Druck mit Kohlenstofffasern
Die Nachfrage nach Arbeitsabläufen, die die Festigkeit, Haltbarkeit und Robustheit traditioneller Carbonfaserteile mit der Agilität, der geometrischen Freiheit und der Reproduzierbarkeit des 3D-Drucks vereinen, ist sehr hoch. Daher überrascht es kaum, dass viele 3D-Druckunternehmen auch 3D-Druck von carbonfaserverstärktem Kunststoff anbieten, wobei die beiden bisher verfügbaren Prozesse entweder zerkleinerte oder durchgängige Fasern einsetzen.
Das mit Carbon-Kurzfasern angereicherte Nylon 11 CF Powder für den industriellen SLS-3D-Ducker (selektives Lasersintern) Fuse 1+ 30W produziert starke, leichte und hitzebeständige Teile, ohne auf herkömmliche Methoden wie Überzug oder Zerspanung angewiesen zu sein.
Nylon 11 CF Powder von Formlabs ist stark, leicht und hitzebeständig und damit ideal geeignet für Anwendungen in der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt und der Fertigung.
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Steigen Sie in die Kohlenstofffaser-Fertigung ein
Die Fertigung faserverstärkter Polymere ist ein aufregender, aber auch schwieriger und arbeitsaufwändiger Prozess. Mit 3D-gedruckten Formen und Modellen für Carbonfaserteile verringern Unternehmen die Komplexität dieses Arbeitsablaufs, gewinnen mehr Flexibilität und Gestaltungsfreiheit und reduzieren die Kosten sowie die Durchlaufzeit.
Anhand der Fallstudien der TU Berlin und von DeltaWing Manufacturing behandelt unser Whitepaper drei Arbeitsabläufe, die den 3D-Druck bei der Fertigung von Verbundwerkstoffen zur Produktion von Formen und Modellen nutzen.
