{"id":22558,"date":"2023-07-25T11:00:12","date_gmt":"2023-07-25T09:00:12","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=22558"},"modified":"2023-07-31T12:35:28","modified_gmt":"2023-07-31T10:35:28","slug":"verbundwerkstoffe-im-3d-druck-ein-umfangreicher-leitfaden-040220201","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/verbundwerkstoffe-im-3d-druck-ein-umfangreicher-leitfaden-040220201\/","title":{"rendered":"Verbundwerkstoffe als Material f\u00fcr den 3D-Druck"},"content":{"rendered":"<p style=\"text-align: justify;\">Bei einem <a href=\"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/verbundwerkstoffe-3d-druck\/#!\">Verbundwerkstoff<\/a> (auch Komposit oder Kompositwerkstoff) werden mindestens zwei unterschiedliche Werkstoffe miteinander verbunden, wobei beide verschiedene Aufgaben haben. Der eine Werkstoff dient dabei als Matrixstoff und soll die Struktur erhalten, der andere sorgt als Verst\u00e4rkungsstoff f\u00fcr zus\u00e4tzliche Eigenschaften. Ziel eines Verbundwerkstoffes ist es, positive Eigenschaften zum Matrixstoff hinzuzuf\u00fcgen und gegebenenfalls dessen negative Werkstoffeigenschaften zu neutralisieren. Durch das Hinzuf\u00fcgen der Eigenschaften des jeweiligen Verst\u00e4rkungsstoffes zum Matrixstoff erh\u00e4lt dieser zum Beispiel bessere mechanische Eigenschaften, eine andere Farbe, Flammschutz, mehr Stabilit\u00e4t, Belastbarkeit etc. Verbundwerkstoffe k\u00f6nnen insgesamt anhand ihrer stofflichen Charakteristika (metallisch, mineralisch, keramisch, organisch) unterschieden werden oder anhand ihrer Geometrie. Nach geometrischen Eigenschaften unterscheiden wir:<\/p>\n<ul style=\"text-align: justify;\">\n<li>Teilchenverbundwerkstoffe<\/li>\n<li>Faserverbundwerkstoffe (Kurzfaser, Langfaser, Endlosfaser)<\/li>\n<li>Schichtverbundwerkstoffe<\/li>\n<li>Durchdringungsbundwerkstoffe<\/li>\n<\/ul>\n<p style=\"text-align: justify;\">Faserverbundwerkstoffe sto\u00dfen in der Werkstofftechnik auf besonderen Anklang, da sie es erm\u00f6glichen, die Werkstoffe in bestimmten Richtungen zu verst\u00e4rken. Wohl am beliebtesten am Markt ist die Kohlefaser, gefolgt von der Glasfaser, welche auch in der <a href=\"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/additive-fertigung\/\">additiven Fertigung<\/a> am h\u00e4ufigsten eingesetzt werden.<\/p>\n<h3 style=\"text-align: justify;\">Eigenschaften von Verbundwerkstoffen im 3D-Druck<\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\">Verst\u00e4rkte Materialien f\u00fcr die additive Fertigung basieren oft auf Nylon, aber auch auf ABS, PLA, PC und PETG. Die am h\u00e4ufigsten eingesetzten <a href=\"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/experten-interview-verbundwerkstoffe-3d-druck-010720211\/\">Komposits im 3D-Druck<\/a> sind derzeit Kohlefaser, Glasfaser und die Aramidfaser Kevlar (PPD-T). Diese Verbundwerkstoffe sind \u00e4u\u00dferst vorteilhaft, wenn es darum geht, leichte und dennoch feste Teile herzustellen. F\u00fcr \u00e4sthetische Funktionen finden sich auch Holzfasern, keramische Partikel und pflanzliche Fasern in Verbindung mit PLA. Die Fasern in Faserverbundwerkstoffen wie Glasfaser und Kohlefaser verleihen dem Endeil mehr Festigkeit, ohne dass das Gewicht zunimmt. Wie bereits erw\u00e4hnt, gibt es mehrere Arten von Verst\u00e4rkungen: Kurzfaser, Langfaser oder Endlosfaser. Im ersten Fall werden zerkleinerte Fasern, die aus Segmenten von weniger als einem Millimeter L\u00e4nge bestehen, in herk\u00f6mmliche Thermoplaste gemischt, um die Steifigkeit und in geringerem Ma\u00dfe die Festigkeit von Bauteilen zu erh\u00f6hen.<\/p><div class=\"dnati-inside-article\" id=\"dnati-471418967\"><a data-no-instant=\"1\" href=\"https:\/\/us06web.zoom.us\/webinar\/register\/3017742609846\/WN_qTQJLgBdT7qM81bWlSiRdQ\" rel=\"noopener\" class=\"a2t-link\" target=\"_blank\" aria-label=\"LB (2)\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/wp-content\/uploads\/sites\/3\/2026\/03\/LB-2.gif\" alt=\"\"  width=\"850\" height=\"150\"   \/><\/a><\/div>\n<p style=\"text-align: justify;\">Die h\u00f6chste Leistung kommt allerdings von der Endlosfaserverst\u00e4rkung. Das Verfahren zur Herstellung von Endlosfaser-Verbundteilen ist nicht so einfach wie bei Kurzfaser-Verbundteilen, da die Fasern kontinuierlich in die Thermoplasten integriert werden m\u00fcssen, w\u00e4hrend diese extrudiert werden. Die Fasern k\u00f6nnen auch nach Konstruktionstechniken aufgebracht werden, die das Verh\u00e4ltnis von Festigkeit zu Gewicht und den Materialverbrauch eines Bauteils optimieren, auch bekannt als\u00a0<a href=\"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/experteninterview-design-for-additive-manufacturing-291020191\/\">DfAM<\/a>\u00a0(Design for Additive Manufacturing)-Techniken. Die Hersteller behaupten, dass man dank der kontinuierlichen Faserverst\u00e4rkung Teile herstellen kann, die so stark wie Metall sind.<\/p>\n<div id=\"attachment_18784\" style=\"width: 710px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-18784\" class=\"wp-image-18784 size-full\" src=\"https:\/\/www.3dnatives.com\/en\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/9TLabs.jpg\" alt=\"composites\" width=\"700\" height=\"400\" aria-describedby=\"caption-attachment-18784\" \/><p id=\"caption-attachment-18784\" class=\"wp-caption-text\">Ein 3D-Druckteil mit Kohlefaserverst\u00e4rkung, welche zu einem h\u00f6heren Gewichtsverh\u00e4ltnis und geringerem Materialverbrauch f\u00fchrt.<\/p><\/div>\n<h3 style=\"text-align: justify;\">3D-Druck mit Verbundwerkstoffen<\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\">Verbundwerkstoffe liegen in der additiven Fertigung haupts\u00e4chlich in Filament-Form vor und finden so vorrangig im FDM-Druck ihre Anwendung. Allerdings lassen auch Ans\u00e4tze f\u00fcr Metall-Verbundstoffe im Laserverfahren wie LPBF aufhorchen. Fraunhofer versuchte sich zum Beispiel im Laserauftragsschwei\u00dfen (LMD) mit Metall-Verbundstoffen. Dies unterstreicht die Tendenz, dass die additive Fertigung mit Verbundwerkstoffen auf immer mehr Zuspruch auf dem Markt st\u00f6\u00dft und in Zukunft mit noch mehr Technologien zu rechnen ist, die den Druck mit Verbundwerkstoffen erm\u00f6glichen. Im Wesentlichen variiert die Technologie je nach Art des gew\u00e4hlten Verbundmaterials. Kurzfaserverbundwerkstoffe k\u00f6nnen im normalen\u00a0<a href=\"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/3d-druck-schmelzschichtung\/\">FDM-Verfahren<\/a> extrudiert werden, da das Filament die Faser bereits enth\u00e4lt. Es ist allerdings zu beachten, dass die Druckqualit\u00e4t durch die Menge der zerkleinerten Fasern beeinflusst wird. Kurzfaserverbundwerkstoffe verst\u00e4rken das gesamte Teil gleichm\u00e4\u00dfig. Ab einem bestimmten Schwellenwert verliert das 3D-Druckteil aber an Oberfl\u00e4cheng\u00fcte. Andererseits ist der 3D-Druck von Endlosfasern ein kniffligerer Prozess, bei dem zwei D\u00fcsen zum gleichzeitigen Drucken ben\u00f6tigt werden. Normalerweise extrudiert eine D\u00fcse den Thermoplast und die andere die Faser.\u00a0Ein Drucker, der dies erm\u00f6glicht, ist der Markforged Mark Two. Dieser legt die langfaserigen Werkstoffe in Teile ein, die er im FDM-Verfahren erstellt. Die Verst\u00e4rkung der Teile erfolgt auf diese Weise nur dort, wo sie tats\u00e4chlich ben\u00f6tigt und gew\u00fcnscht ist.<\/p>\n<div id=\"attachment_18783\" style=\"width: 710px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-18783\" class=\"wp-image-18783 size-full\" src=\"https:\/\/www.3dnatives.com\/en\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/shortfibers.jpg\" alt=\"composites\" width=\"700\" height=\"400\" aria-describedby=\"caption-attachment-18783\" \/><p id=\"caption-attachment-18783\" class=\"wp-caption-text\">Links sehen Sie kurze Fasern, die aus Segmenten von weniger als einem Millimeter L\u00e4nge bestehen. Rechts wurde der Faden durch diese kurzen Fasern verst\u00e4rkt.<\/p><\/div>\n<p style=\"text-align: justify;\">Was es beim FDM-Druck mit Komposits zu beachten gilt, ist, dass diese oft einen gr\u00f6\u00dferen Durchmesser der D\u00fcse erfordern. In der Regel gibt der Hersteller an, welche Einstellung vorgenommen werden muss. Bei Glasfaser soll die D\u00fcse auf mindestens 0,6 mm Durchmesser eingestellt werden, bei <a href=\"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/was-sie-ueber-carbonfaser-wissen-sollten-070520201\/\">Kohlefaser<\/a> auf 0,4 mm und bei Kevlar soll mit 0,6 mm begonnen werden und dann schrittweise auf 0,4 mm gesenkt werden. Weist das Komposit Holzpartikel auf, ist es n\u00f6tig, den Durchmesser zwischen 0,6 mm und 0,8 mm festzulegen.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Dar\u00fcber hinaus ist festzuhalten, dass Verbundwerkstoff-Filamente zu einem h\u00f6heren Verschlei\u00df am Hotend, den Schl\u00e4uchen und den Extruder-Komponenten f\u00fchren k\u00f6nnen. Um dem vorzubeugen, empfiehlt es sich, besonders bei Kohlenstoff-, Glasfaser- und Kevlar-Filamenten, auf geh\u00e4rtete D\u00fcsen zu setzen. Au\u00dferdem ist es wichtig, beim Druck selbst, die Spule gut zu positionieren, um den Weg zum Extruder zu optimieren, sodass dieser nicht zu lange ist. Neben diesen Vorherkehrungen soll aufgrund der h\u00f6heren Viskosit\u00e4t der Verbundwerkstoff-Filamente auch die Druckgeschwindigkeit reduziert werden und nicht die empfohlene Geschwindigkeit f\u00fcr das Basis-Material verwendet werden. Im Gegenzug zu den Anforderungen bei den Druckeinstellungen bieten Verbundwerkstoffe aber den Vorteil, dass sie kaum beim Ausk\u00fchlen schrumpfen und es daher seltener zu Druckfehlern wie Warping kommt.<\/p>\n<div style=\"width: 710px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.3dnatives.com\/en\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/bike.jpg\" alt=\"\" width=\"700\" height=\"400\" \/><p class=\"wp-caption-text\">Der Fahrradrahmen von AREVO wurde mit Hilfe des 3D-Drucks von Endlosfasern erstellt. (Bild: AREVO)<\/p><\/div>\n<h3 style=\"text-align: justify;\">Anwendungsbereiche von Verbundwerkstoffen<\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\">Die M\u00f6glichkeit, mit Verst\u00e4rkungsmaterialien zu drucken, war ein Ziel einer Reihe von Start-ups im 3D-Druckbereich. In den letzten Jahren haben wir festgestellt, dass immer mehr Maschinen und Technologien auf den Markt gebracht werden, um neue Anwendungen zu erm\u00f6glichen, insbesondere in Industriebereichen wie der\u00a0<a href=\"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/additive-fertigung-291120171\/\">Luft- und Raumfahrt<\/a>\u00a0und der\u00a0<a href=\"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/die-entwicklung-additiver-fertigung-in-der-automobilindustrie-160820191\/\">Automobilindustrie<\/a>. Wie bereits erw\u00e4hnt, sind kohlenstofffasergef\u00fcllte Materialien die am weitesten verbreiteten Verbundwerkstoffe in der 3D-Druckindustrie, vor allem f\u00fcr anspruchsvolle Anwendungen wie Funktionsprototypen, Automobilteile und leichte Komponenten. So wird Kohlenfaser-Verbundstoff auch immer beliebter im Sportbereich. Spitzensportler setzen auf Karbon-Fahrr\u00e4der f\u00fcr leichtere und daher schnellere Fahrr\u00e4der und auch in der Formel 1, im Motorsport und sogar im Tennis und Rudern wird von diesen Vorteilen Gebrauch gemacht.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Der Markt f\u00fcr Verbundwerkstoffe w\u00e4chst, und neue Materialkombinationen werden neue Anwendungen erm\u00f6glichen. In der Medizintechnik lassen sich beispielsweise durch Elastomere biegeweiche Zonen erstellen, die in der Orthop\u00e4die- Rehatechnik und Soft-Robotik neue M\u00f6glichkeiten aufzeigen. Die additiven, Zusatz-Komponenten werden immer h\u00e4ufiger auch zu technischen Materialien hinzugef\u00fcgt. In China untersuchten Forscher die Vorteile der Zugabe von Kohlefasern zu\u00a0<a href=\"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/experteninterview-hochleistungskunststoffe-230520191\/\">Hochleistungsthermoplasten<\/a>\u00a0wie PEEK und Sandvik hat 2019 den ersten\u00a0<a href=\"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/sandvik-diamant-verbundwerkstoff-270520191\/\">Diamant-Verbundwerkstoff<\/a>\u00a0geschaffen. Normalerweise ist es unm\u00f6glich, Diamant in der additiven Fertigung zu verwenden, weil er zu hart ist. Durch die Schaffung eines Diamantverbundwerkstoffs k\u00f6nnen die Eigenschaften des Materials jedoch f\u00fcr viele widerstandsf\u00e4hige Werkzeuge (Bergbau, Bohren oder Bearbeitung) und auch f\u00fcr medizinische Implantate genutzt werden!<\/p>\n<div style=\"width: 710px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/www.3dnatives.com\/en\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/diamond.jpg\" alt=\"\" width=\"700\" height=\"400\" \/><p class=\"wp-caption-text\">Der von Sandvik geschaffene Diamant-Verbundswerkstoff.<\/p><\/div>\n<h3 style=\"text-align: justify;\">Hersteller von Druckern und Verbundwerkstoff-Filamenten<\/h3>\n<p style=\"text-align: justify;\">Es ist wenig \u00fcberraschend, dass Verbundwerkstoffe oft teurer sind als der einzelne Werkstoff und die Preise je nach Hersteller und verwendetem Komposit variieren. Die Spulen liegen daher bei einer breiten Preisschere zwischen 150 und 500 \u20ac. Ein besonderes Material erfordert auch einen Drucker, der \u00fcber spezielle Eigenschaften verf\u00fcgen m\u00fcssen. Mit einem Drucker, an den spezifische Anforderungen gestellt werden, geht oft auch eine eigene Technologie einher, die die Hersteller unterschiedlich bezeichnen und vermarkten. Markforged nennt die hauseigenen Technologie bei den selbst angebotenen Verbundwerkstoff-Druckern zum Beispiel Continuous Filament Fabrication (CFF), w\u00e4hrend\u00a0<a href=\"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/anisoprint-bringt-industriellen-3d-drucker-mit-endlosfasern-auf-den-markt-prom-is-500-101220191\/\">Anisoprint<\/a> sie Composite Fiber Coextrusion (CFC) nennt. Ein bekannter Name, der sich in die Liste der Komposit-Drucker einreiht, ist Stratasys. Mit den 3D-Druckern F190 CR und F370 CR hat Stratasys die F123-Serie erweitert und bietet mit diesen Modellen Drucker an, die Verbundwerkstoffen verarbeiten, vor allem solche mit hoher Steifigkeit und Festigkeit.<\/p>\n<div id=\"attachment_18782\" style=\"width: 710px\" class=\"wp-caption aligncenter\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" aria-describedby=\"caption-attachment-18782\" class=\"wp-image-18782 size-full\" src=\"https:\/\/www.3dnatives.com\/en\/wp-content\/uploads\/sites\/2\/infills.jpg\" alt=\"composites\" width=\"700\" height=\"400\" aria-describedby=\"caption-attachment-18782\" \/><p id=\"caption-attachment-18782\" class=\"wp-caption-text\">Die Software von Anisoprint kann verschiedene Arten von endlosfaserverst\u00e4rkten F\u00fcllungen erzeugen.<\/p><\/div>\n<p style=\"text-align: justify;\">Eine interessante Technologie ist das AREVO-eigene Verfahren, das auf der Technologie der gerichteten Energieabgabe basiert, bei der ein Laser verwendet wird, um das Filament und die Kohlefaser gleichzeitig zu erhitzen, w\u00e4hrend eine Walze die beiden zusammendr\u00fcckt. Impossible Objects hat ebenfalls Systeme f\u00fcr den 3D-Druck von Endlosfasern in sein Maschinenprogramm aufgenommen. Zus\u00e4tzlich zum Angebot an neuen Maschinen, bieten Hersteller auch Add-ons an. Das Unternehmen <a href=\"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/9t-labs-3d-druck-von-hochwertigen-kohlenstoff-verbundwerkstoffen-in-industriequalitaet-281020191\/\">9T Labs<\/a> aus der Schweiz hat so ein Zusatzsystem f\u00fcr gew\u00f6hnliche 3D-Drucker entwickelt, um den 3D-Druck mit Endlosfasern zu erm\u00f6glichen. Sie nennen dieses 3D-Druckverfahren Additive Fusion Technology (AFT). Nicht zuletzt verwendet Continuous Composites eine Hybridtechnologie, bei der der Faserstrang mit Harz getr\u00e4nkt und dann mit UV-Licht geh\u00e4rtet wird, \u00e4hnlich wie beim SLA-3D-Druck.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Auch unter den Herstellern f\u00fcr Verbundwerkstoff-Filament lassen sich bekannte Namen finden. Markforged bietet Glasfaser-Verbundstoffe und Kevlar an. Owens Corning ist ebenfalls f\u00fcr seine glasfaserverst\u00e4rkten Materialien bekannt und auch Formfutura, BASF und XYZPrinting haben ihr Sortiment um Verbundwerkstoff-Filament erweitert. Bei den Kurzfaserverbundwerkstoffen gilt es vor allem, die \u00a0Filament-Herstellern Roboze, 3DXTech und ColorFabb zu nennen.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Haben Sie bereits Erfahrungen mit Verbundwerkstoffen im 3D-Druck gemacht? K\u00e4men sie als neue Gartenm\u00f6bel f\u00fcr Sie infrage? Lassen Sie uns gerne einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf <a href=\"https:\/\/www.facebook.com\/3Dnativesde\/\">Facebook<\/a>\u00a0oder\u00a0\u00a0<a href=\"https:\/\/www.linkedin.com\/groups\/13502336\/\">LinkedIN<\/a>\u00a0mit. M\u00f6chten Sie au\u00dferdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? 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