Für stark belastete Bauteile kommen im 3D-Druck bislang häufig Filamente mit Glas- oder Carbonfasern zum Einsatz. Das Verbundprojekt BioFiberFilament will eine Alternative aus Biopolymeren und regionalen Naturfasern entwickeln. Beteiligt sind das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS, die FUSE GmbH und die Sanitätshaus-Orthopädie-Technik F. Hellwig GmbH.

Das Material soll Hochleistungs-Biopolymere wie biobasierte Polyamide oder Polymilchsäure (PLA) mit langen Hanf- oder Flachsfasern verbinden. Anders als kurze Faserstücke sollen die Naturfasern nahezu durchgehend im Filament verlaufen. Dadurch könnten sie Kräfte besser aufnehmen und gedruckte Bauteile stärker stabilisieren.

Vom Faserband zum Filament

Ausgangspunkt ist ein vorimprägniertes, unidirektionales Faserband. Darin liegen die Fasern gleichgerichtet und sind bereits in Kunststoff eingebettet. Das Projektteam strebt einen Faseranteil von mehr als 40 Volumenprozent an. Das Band soll in schmale Streifen geschnitten und zu einem Filament mit höchstens 1,75 Millimetern Durchmesser umgeformt werden.

Das Material soll sich auf kommerziell verfügbaren 3D-Druckern für endlosfaserverstärkte Kunststoffe verarbeiten lassen. Als Demonstrator ist ein Prothesenschaft vorgesehen. Hier treffen hohe Anforderungen an Festigkeit, Steifigkeit und geringes Gewicht auf die Möglichkeit, individuelle Formen zu fertigen.

Das Fraunhofer IMWS prüft unter anderem, wie gleichmäßig die Fasern mit dem Polymer durchtränkt werden, wie sich das Faserband umformen lässt und wie zuverlässig die Verarbeitung im Drucker funktioniert. Weitere Anwendungen sieht das Projekt in Medizintechnik, Sport, Möbelbau und Fahrzeugindustrie. Das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt fördert BioFiberFilament im Programm „WIR! – Wandel durch Innovation in der Region“.

ag