Kronach, Juli 2023: Die Hans Weber Maschinenfabrik, der renommierte Maschinenhersteller aus dem oberfränkischen Kronach, freut sich bekannt zu geben, dass das Unternehmen mit der Sparte WEBER additive als Teilnehmer an europaweiten Forschungsprojekten im Fachnetzwerk EmpowerAX beteiligt ist.

Das langjährig bestehende Projektnetzwerk EmpowerAX vereint verschiedenste Lieferanten, Anwender und Maschinenhersteller aus der ganzen Welt und hat sich zum Ziel gesetzt, gemeinsame Entwicklungsthemen im Bereich additiver Fertigung voranzutreiben und die Qualitätssicherung zu verbessern. Diese wegweisende Projektarbeit wird vom DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) koordiniert und zielt darauf ab, die additive Materialextrusion mit Fokus auf Faserverstärkung in der industriellen Fertigung zu intensivieren.
Die Zielsetzung im Rahmen des jüngsten Projekts, in Zusammenarbeit mit industriellen Partnern, beschreibt das Aufdrucken auf einer mehrfach gekrümmten Kohlenstofffaser/Epoxid-Schale mit Hochleistungsthermoplasten. Entlang der gesamten Prozesskette, von der Erstellung der Schale, über die multiaxiale Bahnplanung für das Aufdrucken, bis hin zum Druck der Rippe, hat das EmpowerAX-Konsortium die Erwartungen aller übertroffen. Die Fertigung eines solchen Bauteils demonstriert die Fähigkeit, duroplastische und thermoplastische Matrizes sowie kurz- und endlosfaserverstärkte Materialien zu kombinieren, um die mechanischen Bauteileigenschaften, wie beispielsweise die Steifigkeit, gezielt zu optimieren.

Der Demonstrator wurde mit einem konventionellen Harzinfusionsverfahren hergestellt und besteht aus einem Kohlenstofffasergewebe, das in einem 0°/90°-Muster gewebt ist und mit einem hochwertigen Epoxidharz bei 180°C ausgehärtet wurde. Diese Grundstruktur wurde dann zusätzlich mit einer funktionalisierten Oberflächenschicht aus Polyetherimid (PEI) versehen. Die Versteifungsrippen wurden mit Hilfe des DXR-Systems im Hause Weber aufgedruckt. Durch die Kombination der Kohlenstofffaser/Epoxid Schale und dem Aufdrucken von PEI ist eine stabile Verbindung zwischen den Rippen und dem Basisteil hergestellt worden.
Dank der angewandten Topologieoptimierungstechniken konnte das Bauteil in einem Design konstruiert werden, das sowohl die Festigkeit als auch das Gewicht optimiert. Durch die Nutzung der 3DEXPERIENCE-Plattform von Dassault Systèms konnte eine erste Analyse des Teils durchgeführt werden, um dessen Leistung und die strukturelle Integrität zu bewerten.
Die CF/PEI-Rippen wurden durch das Team von Weber Additive und mit dem DXR-System aufgebracht und bieten durch das kraftflussoptimierte Design eine hohe Festigkeit und Stabilität. Die Herausforderung hierbei war, die Rippenstruktur der Schale bei möglichst schnellem Aufdruck weiterer, im besten Fall zusammenhängender Bahnen beizubehalten. Während die SWMS, Ingenieurgesellschaft aus Oldenburg, Deutschland die Gesamtbahn des Bauteils plante, war die Aufgabe von WEBER additive die präzise Einmessung und Ausrichtung im großvolumigen, robotischen 3D-Drucker, um sicherzustellen, dass die CFK-Grundstruktur und die CF-Polymer-Verrippung einen optimalen Formschluss eingehen. Das Zusammenspiel der optimierten Bahnplanung und des ideal ausgerichteten Extrusionsprozesses ermöglichten die spezifischen Anforderungen des Funktionsbauteils vollständig zu erfüllen.

Seit 2019 ist die Sparte WEBER additive ein fester Bestandteil der Hans Weber Maschinenfabrik in Kronach. Im Bau von Kunststoffextrudern kann der Maschinenhersteller bereits auf mehr als 60 Jahre Erfahrung zurückblicken – im Bereich Holz- und Metallschleifmaschinen schon auf 100 Jahre. Dieses Knowhow bietet beste Voraussetzungen für die Entwicklung und die Produktion additiver Fertigungssysteme.

Die additive Fertigung prägt die Zukunft der produzierenden Industrie wie kaum eine andere Technologie. Auf Basis von digitalen 3D-Konstruktionsdaten lassen sich im Direktextrusionsverfahren für granulatbasierte Kunststoffe selbst komplexe und großvolumige Bauteile mit geringem Materialeinsatz auch in kleinen Losgrößen schnell und kostengünstig herstellen. Die Hans Weber Maschinenfabrik aus Kronach ist deutschlandweit der einzige Hersteller, der eigens entwickelte robotische Fertigungsanlagen, Portalsysteme sowie Hybridanlagen anbietet.

Nahezu jede Anforderung lässt sich verwirklichen
Egal ob Prototypen, Werkzeug- und Formenbau, Hilfs- und Betriebsmittel, Kunstwerke, Theaterkulissen, Messebau oder sogar Möbel und Architektur. Im großvolumigen 3D-Druck Verfahren lässt sich nahezu jede Anforderung verwirklichen. Dabei ist ein individueller Einsatz mit Genauigkeit bis in den Millimeterbereich realisierbar und das alles auch mit der Verwendung von Naturfasern oder recycelten Kunststoffen. 

Das Ergebnis dieses Projektes, der Schalendemonstrator, kann derzeit in verschiedenen Ausstellungen, zuletzt auf der JEC 2023 in Paris bewundert werden. Mehr Informationen dazu gibt’s bei
https://empowerax.dlr.de/