Wie erreicht man mit 3D-Druck Aluminium-ähnliche Festigkeit? CFSYS Endlosfaser-Technologie macht es möglich – Praxiserfahrungen, Zahlen und ehrliche Einschätzung.
Kann ein Kunststoffteil wirklich so fest sein wie Aluminium?
Diese Frage höre ich in Kundengesprächen regelmäßig – und die Skepsis ist berechtigt. Wenn jemand zum ersten Mal hört, dass ein FDM-gedrucktes Bauteil aus Kohlenstofffasern zugfestigkeitswerte von über 700 MPa erreichen kann, denkt er zunächst an Marketingsprache. Ich war selbst skeptisch, bis ich die ersten Zugversuche mit CFSYS-Bauteilen auf dem Tisch hatte.
Die kurze Antwort: Ja, es funktioniert – aber nur unter bestimmten Bedingungen, und das Verständnis dieser Bedingungen entscheidet über Erfolg oder teuren Ausschuss.
Was CFSYS technologisch anders macht
Der entscheidende Unterschied liegt nicht im Matrixmaterial, sondern in der Faserführung. Herkömmliche carbongefüllte Filamente – also Kurzfaser-Compounds mit 10 bis 20 Prozent gehackten Fasern – verbessern die Steifigkeit, aber die Festigkeitswerte bleiben deutlich unter Aluminium. CFSYS setzt auf Continuous Fiber Fabrication, kurz CFF: Endlosfasern aus Carbon, Kevlar oder Glasfaser werden simultan mit dem Trägermaterial in die Schicht eingebettet.
Das Prinzip ist elegant. Zwei Druckköpfe arbeiten gleichzeitig: einer für das thermoplastische Matrixmaterial (Onyx, PA, PLA), der andere legt die Endlosfaser exakt dort ab, wo die Konstruktion Zugspannungen erwartet. Die Faser wird nicht zerbrochen, nicht gekürzt – sie läuft durch das Bauteil wie eine Sehne durch einen Muskel.
In der Praxis bedeutet das: Ich dimensioniere die Faserlage gezielt nach Lastpfad. Ein Biegeträger bekommt Faserlagen außen – genau dort, wo die Biegespannung maximal ist. Das kostet Rechenzeit in der Vorbereitung, zahlt sich aber in den mechanischen Kennwerten massiv aus.
Reale Festigkeitswerte – was wirklich herauskommt
Die Herstellerangaben für CFSYS-Bauteile mit Carbonfaser nennen Zugfestigkeiten bis 800 MPa und ein E-Modul von etwa 60 GPa. Zum Vergleich: Aluminium 6061-T6 liegt bei rund 270 MPa Zugfestigkeit und 69 GPa E-Modul. Gewichtsbezogen sieht Carbon noch besser aus – die Dichte liegt bei etwa 1,4 g/cm³ gegenüber 2,7 g/cm³ bei Aluminium.
Aus eigener Erfahrung mit Kundenprojekten: Diese Spitzenwerte erreicht man nur mit sauber ausgerichteten Fasern und ausreichend hohem Faservolumenanteil. Bauteile mit 20 bis 30 Schichten reinen Carbonfaser-Lagen halten die Versprechen. Bauteile, bei denen die Faser nur als „Verstärkungseinlage
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