Ausgangslage:
Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) sind als Leichtbaumaterialien in einer Vielzahl von Anwendungen etabliert. Gängige Materialkombinationen sind Carbonfaser- und Glasfaser-verstärkte Kunststoffe (CFK/GFK), für die als Matrixmaterial u.a. Epoxidharze (Duroplaste) oder Thermoplaste wie Polyamide verwendet werden. Entscheidend für die Verstärkungswirkung ist die Beschaffenheit des Fasermaterials, d.h. die Verstärkungswirkung ist insbesondere beim Vorliegen von Endlosfasern am größten. Aus diesem Grund werden Verbundwerkstoffe für Großserienanwendungen mit Verfahren wie dem Autoklav-, Vakuumpress- oder Pultrusionsverfahren hergestellt. Durch diese Verfahren kön-nen zwar hochleistungsfähige Verbundwerkstoffe hergestellt werden, jedoch ist die Techno-logie aufwändig und in ihrer Flexibilität eingeschränkt. Zudem müssen für die Fertigung Großanlagen mit hohen Kosten beschafft werden. Zur Fertigung von faserverstärkten Kunststoffen ist die Additive Fertigung als alternative Fertigungstechnologie von stetig wachsender Bedeutung. Von den verschiedenen existierenden Verfahren ist das Laser-Sintern aufgrund der hohen Qualität und Wirtschaftlichkeit das vielversprechendste Verfahren für industrielle Anwendungen. Im Rahmen zweier Grundlagenforschungsprojekte wurde seitens des Karlsruher Instituts für Technologie, vertreten durch das Institut für Produktionstechnik (wbk), die grundsätzliche Machbarkeit einer Endlosfaserverstärkung im Lasersintern nachgewiesen. Hierbei wurde eine Apparatur (TRL 4) entwickelt, bei der die Endlosverfahren automatisiert während des Sinterprozesses in bereits versinterte Bereiche eingearbeitet und so in die Materialstruktur eingefügt werden. Diese Anlagentechnologie ist zum heutigen Zeitpunkt in einem frühen technologischen Reifegrad befindlich. Aufgrund erster vielversprechender Ergebnisse, u.a. einer Verachtfachung der Zugfestigkeit von Polyamid-12 mittels LS-Endlosfaserverstärkung, wird das hier vorliegende Projekt für die Entwicklung einer prototypischen Anlagen- und Prozess-gestaltung (TRL 6-7) motiviert.

Ziel:
Ziel des Projektes „EndloSLS“ ist die Entwicklung einer prototypischen Prozess- und Anlagentechnologie zur Endlosfaserverstärkung von SLS-gedruckten Bauteilen mit thermoplastischen Matrixmaterialien. Der neuartige Lösungsansatz liegt darin, die aktuell existierende, prototypische Anlagentechnologie zu optimieren und zu modularisieren. Hierbei soll die Prozessrobustheit gesteigert werden, indem das Heizsystem von beheizter Düse auf Laser umgestellt wird. Zudem soll die Temperierung des Pulverbetts während der Integration über IR-Strahler erfolgen. Ferner soll der mögliche Bauraum gesteigert werden.

Vorgehen:
Zunächst werden die Anforderungen und Spezifikationen festgelegt. Anschließend werden in einem iterativen Prozess die Erforschung und die Entwicklung der Teilsysteme sowie der ganzen Integrationseinheit vorangetrieben. Zudem wird ein Aufmaßprozess entwickelt, um Toleranzen basieren auf der ungleichförmigen Schwindung sicherzustellen. Anschließend erfolgt die Erforschung des neuen Prozessfensters und die Systemintegration in die Anlagenumgebung beim Projektpartner. Zudem wird der neue Ablageprozess untersucht. Abschließend erfolgt eine Modularisierung im prototypischen Maßstab.