Laminierform für Composite-Bauteile, 3D-Druck im Leichtbau
- Sascha Surbanoski
- 5. Mai
- 4 Min. Lesezeit
Formes et Volumes, ein auf Composite-Verarbeitung spezialisiertes Unternehmen aus Frankreich, nutzt großformatigen 3D-Druck, um Laminierformen für faserverstärkte Bauteile herzustellen. Das eingesetzte System stammt von Caracol und zählt zur Kategorie LFAM (Large Format Additive Manufacturing), also additiver Fertigung im Großmaßstab. Der Ansatz zeigt, wie werkzeugintensive Branchen wie der Composite-Leichtbau von additiver Fertigung profitieren können, ohne auf klassische Fräswerkzeuge angewiesen zu sein.
Inhaltsverzeichnis
Das Bauteil und der Anwendungsfall
Bei dem gedruckten Bauteil handelt es sich um eine Laminierform, auch Legeform oder Laminierwerkzeug genannt. Solche Formen dienen als Negativkontur, auf die Lagen aus Glas- oder Kohlefasergewebe zusammen mit Harz aufgebracht werden, um ein Composite-Bauteil zu erzeugen. Die Form muss dabei maßgenau, oberflächenstabil und ausreichend temperaturbeständig sein, da viele Aushärteprozesse im Ofen oder Autoklaven (Druckbehälter mit Temperatursteuerung) stattfinden.
Formes et Volumes setzt diese Werkzeuge in der eigenen Composite-Fertigung ein. Die Formen sind großformatig, was klassische Herstellungsverfahren wie mehrachsiges Fräsen aus Blockwerkstoffen aufwendig und kostenintensiv macht. Genau hier setzt der 3D-Druck an: Das Werkzeug entsteht direkt aus dem digitalen Modell, ohne Umweg über teure Rohlinge.
Ähnliche Anforderungen an hochsteife, wärmebeständige Materialien für den 3D-Druck beschreibt auch der Artikel über carbonfaserverstärktes PPA-Filament von Xenia, das für vergleichbare Hochleistungsanwendungen im FFF-Bereich entwickelt wurde.
Warum hat das Unternehmen auf 3D-Druck gesetzt?
Laminierformen aus gefrästen Blockwerkstoffen wie Ureol (einem Modellbauwerkstoff auf Polyurethan-Basis) oder Aluminium sind teuer und zeitaufwendig. Bei komplexen Geometrien steigen Fräszeit und Materialverlust erheblich. Für Kleinserien oder Prototypen-Werkzeuge ist das wirtschaftlich kaum vertretbar.
Formes et Volumes suchte nach einem Weg, Werkzeuge schneller und kosteneffizienter bereitzustellen, ohne Abstriche bei der Formgenauigkeit zu machen. Der 3D-Druck mit einem LFAM-System bietet hier einen direkten Vorteil: Große Formen lassen sich in einem Stück oder wenigen Segmenten drucken, ohne dass Rohmaterial in großen Mengen zerspant werden muss. Laut einem Bericht von Voxel Matters war die Kombination aus Bauteilgröße und Designfreiheit der entscheidende Faktor für die Wahl des Caracol-Systems.
Verfahren und Material im Detail
Das eingesetzte System von Caracol basiert auf FGF (Fused Granulate Fabrication), einem Verfahren, das statt Filament direkt Kunststoffgranulat verarbeitet. Das ermöglicht deutlich höhere Durchsatzraten als herkömmlicher Filamentdruck und macht das Verfahren wirtschaftlich für großformatige Bauteile. Der Druckkopf ist auf einem Roboterarm montiert, was eine hohe Flexibilität bei der Bauraumgröße und der Bauteilorientierung erlaubt.
Für Laminierformen kommen typischerweise faserverstärkte Hochleistungsthermoplaste zum Einsatz, häufig auf Basis von ABS, ASA oder Polyamid mit Glas- oder Kohlefaserfüllung. Diese Materialien bieten die nötige Formstabilität und eine ausreichende Wärmeformbeständigkeit für Aushärteprozesse unterhalb des Autoklaven-Temperaturbereichs. Die gedruckte Form wird anschließend gefräst und oberflächenbehandelt, um die erforderliche Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität für den Laminiervorgang zu erreichen. Dieser hybride Ansatz aus Großformat-3D-Druck und spanender Nachbearbeitung ist in der Werkzeugfertigung inzwischen etabliert.
Was wurde konkret verbessert?
Konkrete Zahlen zu Kosteneinsparungen oder Durchlaufzeiten nennt Formes et Volumes öffentlich nicht. Aus vergleichbaren LFAM-Projekten in der Composite-Industrie ist jedoch bekannt, dass gedruckte Laminierformen gegenüber gefrästen Ureol-Werkzeugen Kosteneinsparungen von 40 bis 70 Prozent erzielen können, abhängig von Bauteilgröße und Komplexität. Die Durchlaufzeit vom CAD-Modell bis zur einsatzbereiten Form sinkt typischerweise von mehreren Wochen auf wenige Tage.
Eine Herausforderung bleibt die Nachbearbeitung: Gedruckte Oberflächen sind rau und müssen gefräst, gespachtelt und geschliffen werden, bevor sie als Laminierunterlage taugen. Das erfordert CNC-Kapazität und Erfahrung im Umgang mit gedruckten Strukturen, die sich anders verhalten als homogene Fräsrohlinge. Auch die Anisotropie (richtungsabhängige Materialeigenschaften) des gedruckten Werkstoffs muss bei der Konstruktion berücksichtigt werden, um Verzug oder Rissbildung im Betrieb zu vermeiden.
Übertragbarkeit für den Mittelstand
Der Ansatz von Formes et Volumes ist für Mittelständler in der Composite-, Boots-, Fahrzeug- oder Luftfahrtbranche grundsätzlich übertragbar, setzt aber bestimmte Rahmenbedingungen voraus. Ein eigenes LFAM-System wie das von Caracol kostet im sechsstelligen Bereich und rechnet sich nur bei regelmäßigem Werkzeugbedarf. Für Unternehmen mit sporadischem Bedarf ist die Zusammenarbeit mit einem spezialisierten Dienstleister der realistischere Einstieg.
Wichtig ist außerdem die Nachbearbeitungskette: Wer keine CNC-Fräse im Haus hat, muss diesen Schritt auslagern, was Zeit und Kosten wieder erhöht. Der wirtschaftliche Vorteil entsteht vor allem bei großen, geometrisch komplexen Formen, die sonst aus teuren Blockwerkstoffen gefräst werden müssten. Für kleinere Laminierformen oder Vorrichtungen kann auch ein konventioneller FDM-Druck mit technischen Filamenten eine kosteneffiziente Alternative sein, sofern die Temperaturen im Aushärteprozess moderat bleiben.
Persönliches Fazit
Der Fall von Formes et Volumes zeigt etwas, das ich in der Praxis immer wieder beobachte: Der größte Hebel des 3D-Drucks liegt nicht im Endprodukt, sondern im Werkzeug. Laminierformen, Gießformen, Spannvorrichtungen, Lehren: Das sind die Bauteile, bei denen sich Investitionen in additive Fertigung am schnellsten amortisieren, weil die Vergleichskosten klassischer Verfahren schlicht hoch sind.
LFAM-Systeme wie das von Caracol sind technisch beeindruckend, aber kein Einstiegsthema für den typischen Mittelständler. Die Investition, der Platzbedarf und die notwendige Expertise sind erheblich. Was mich an diesem Projekt trotzdem interessiert: Es zeigt, dass der Weg vom digitalen Modell zur einsatzbereiten Laminierform kürzer werden kann, ohne dass man auf Maßgenauigkeit verzichtet. Das ist kein Hype, sondern ein handfester Produktivitätsvorteil.
Für Unternehmen, die gelegentlich Composite-Werkzeuge benötigen, lohnt sich der Blick auf externe Dienstleister mit LFAM-Kapazität oder auf hybride Ansätze mit industriellem FDM und anschließender Fräsbearbeitung. Der Einstieg muss nicht mit einem Roboterarm beginnen.
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