Die Erfindung betrifft eine Imprägniervorrichtung für einen Drucker, einen Drucker und ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbau teils, insbesondere für Hochtemperaturanwendungen, wobei ein formsta biler Grünkörper des Faserverbundbauteils aus einem mit Fasern ver- stärkten Matrixmaterial ausgebildet wird, wobei ein Faserbündel zusam men mit dem Matrixmaterial mit dem Drucker gefördert und räumlich angeordnet wird, derart, dass der Grünkörper mittels additiver Fertigung ausgebildet wird.

Faserverbundbauteile sind hinreichend bekannt und werden regelmäßig als Bauteile in verschiedenen Technologiefeldern im Rahmen von

Hochtemperaturanwendungen, wie beispielsweise als Hitzeschild, Turbi nenschaufel, Widerstandsheizer oder Chargenträger, eingesetzt. Unter einer Hochtemperaturanwendung wird hier ein Einsatz des Faserverbund bauteils bei einer Temperatur von mehr als 1000 °C verstanden. Die bekannten Faserverbundbauteile können beispielsweise aus kohlenstoff faserverstärkten Kohlenstoff (CFC) ausgebildet sein und sind auch bei hohen Temperaturen formstabil und ausreichend fest. Eine Herstellung von Faserverbundbauteilen in kleinen Stückzahlen oder mit komplexen Formen kann besonders einfach durch additive Fertigung bzw. einen sogenannten 3D-Druck erfolgen. Dabei wird eine Faser oder ein Faserbündel zusammen mit einem Matrixmaterial aus einer Düse eines Druckkopfes extrudiert und auf der Basis eines Datenmodells einer Gestalt des Faserverbundbauteils von der Düse bzw. dem Druckkopf abgelegt. Der Druckkopf wird dann entlang der Gestalt des Faserver bundbauteils während des Extrudierens bewegt, sodass das Faserver bundbauteil durch Aufträgen der Faser bzw. des Faserbündels mit dem Matrixmaterial generativ aufgebaut wird. Es wird so möglich ein Faser verbundbauteil mit einer nahezu beliebigen Gestalt auszubilden. Gleich zeitig sind die Fasern entsprechend einer Bewegungsrichtung des Druck kopfes ausgerichtet, sodass das Faserverbundbauteil auch hinsichtlich seiner Festigkeit an die am Faserverbundbauteil angreifenden Kräfte vorteilhaft angepasst werden kann. Zwar ist es auch bekannt Faserver bundbauteile durch Verpressen eines Matrixmaterials mit Kurzschnittfa sern herzustellen, hierbei sind die Fasern jedoch unstrukturiert ausge richtet und eine Herstellung ist durch die Verwendung einer Form nur für große Stückzahlen wirtschaftlich und bei komplexen Geometrien mög lich.

Je nach verwendeten Materialien für das Faserverbundbauteil kann es vorgesehen sein, zunächst mittels der additiven Fertigung einen Grünkör per auszubilden der dann im Rahmen weiterer Herstellungsschritte, beispielsweise durch eine Wärmebehandlung, zu dem Faserverbundbau teil ausgebildet wird. So kann ein aus Kohlenstofffasern zusammen mit einem Harz mit einem 3D-Drucker hergestellter Grünkörper durch eine Pyrolyse des Harzes in ein Bauteil aus kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoff umgewandelt werden. Ein vergleichbares Verfahren ist aus der DE 10 2017 206 452 B3 bekannt.

Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist, dass bei einem Zusammen führen des Faserbündels mit dem Matrixmaterial das Faserbündel regel- mäßig nicht vollständig von dem Matrixmaterial benetzt bzw. imprä gniert wird. So können sich im Faserverbundbauteil Lunker befinden, die eine Festigkeit des Faserverbundbauteils herabsetzen. Gleichzeitig ist es schwierig ein Verhältnis von Matrixmaterial und Fasern im Faserver- bundbauteil optimal einzustellen. So ist es gegebenenfalls wünschens wert einen hohen Faseranteil im fertigen Faserverbundbauteil zu erzie len, wodurch bei der additiven Fertigung nur verhältnismäßig wenig Matrixmaterial verwendet werden kann, was wiederum eine Entstehung von Lunkern begünstigt. Zwar ist es möglich mit Matrixmaterialmaterial vorimprägnierte Faserbündel zu verwenden, dies löst j edoch nicht das vorstehend skizzierte Problem. Vorimprägnierte Faserbündel eignen sich zudem nur eingeschränkt für eine Herstellung eines Faserverbundbauteils mit additiver Fertigung, da eine Handhabung und Förderung an einem 3D-Drucker schwierig ist. Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine

Imprägniervorrichtung für einen Drucker zur additiven Fertigung, sowie einen Drucker und ein Verfahren zur Herstellung eines Faserverbundbau teils vorzuschlagen mit der bzw. dem hochfeste Faserverbundbauteile ausgebildet werden können. Diese Aufgabe wird durch eine Imprägniervorrichtung mit den Merkma len des Anspruchs 1, einen Drucker mit den Merkmalen des Anspruchs 7 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Imprägniervorrichtung ist zur Verwendung mit einem Drucker zur additiven Fertigung eines Formstabilen Grünkörpers eines Faserverbundbauteils, insbesondere für Hochtemperaturanwendun gen, aus einem mit Fasern verstärkten Matrixmaterial, ausgebildet, wobei die Imprägniervorrichtung eine mit Matrixmaterial befüllbare Kammer ausbildet, durch die hindurch ein Faserbündel ziehbar und mit dem Matrixmaterial imprägnierbar ist, wobei die Kammer uneben ausgebildet ist, derart, dass das Faserbündel zumindest abschnittsweise entlang einer Innenfläche der Kammer durch das Matrixmaterial ziehbar ist. Die Imprägniervorrichtung bildet demnach eine Kammer aus, die mit Matrixmaterial befüllt werden kann. Die Kammer kann dabei teilweise offen oder auch vollständig abgeschlossen ausgebildet sein. Dabei ist die Kammer so ausgebildet, dass durch sie hindurch ein Faserbündel bzw. Roving gezogen werden kann, welches innerhalb der Kammer mit dem Matrixmaterial in Kontakt gelangt und von diesem imprägniert wird derart, dass das Matrixmaterial in Zwischenräume der Fasern bzw. in das Faserbündel eindringt und die Fasern benetzt. Zum Durchleiten des Faserbündels durch die Kammer können entsprechende Öffnungen in der Kammer ausgebildet sein. Insbesondere ist weiter vorgesehen, dass die Kammer uneben ausgebildet ist, sodass das durch die Kammer gezogene Faserbündel zumindest abschnittsweise entlang der Innenfläche der Kammer gezogen wird und so mit der Innenfläche in Kontakt gelangt. Zumindest tangiert das Faserbündel die Innenfläche der Kammer oder wird an der Innenfläche der Kammer umgelenkt, sodass das Faserbündel die Kammer dann nicht vollständig gerade durchläuft. Dadurch, dass das Faserbündel an der Innenfläche der Kammer anliegt wird das Faserbün del bezogen auf einen Querschnitt des Faserbündels, verformt und verdichtet, sodass Luft aus dem Faserbündel entweichen kann. Gleichzei tig kann eine Menge an Matrixmaterial innerhalb des Faserbündels auf ein ausreichendes Maß reduziert werden, sodass flüssiges Matrixmaterial aus dem Faserbündel herausgedrückt wird. Insgesamt kann so ein Fa seranteil des mit der Imprägniervorrichtung imprägnierten Faserbündels bzw. des später fertigen Faserverbundbauteils bei einer gleichzeitigen Reduzierung von Fehlstellen vorteilhaft erhöht werden. Da eine derartige Imprägniervorrichtung besonders einfach ausgebildet werden kann, kann diese in einem Abstand oder unmittelbar an einem Drucker zur additiven Fertigung angeordnet werden, um eine Imprägnierung des Faserbündels während eines Druckvorgangs des Druckers vornehmen zu können.

Weiter kann die Innenfläche mit einer kurvenförmigen Krümmung ausgebildet sein, derart, dass das Faserbündel an der Krümmung angelegt und entlang der Krümmung durch das Matrixmaterial gezogen werden kann. Die kurvenförmige Krümmung ermöglicht es vorteilhaft das Faser bündel auch mit hoher Geschwindigkeit und geringem Reibungswider stand entlang der Innenfläche der Kammer zu ziehen. Gleichzeitig kann vermieden werden, dass Fasern des Faserbündels brechen oder reißen, wie dies an einer scharfen Kante der Fall sein könnte. Die Krümmung kann in Art eines Kreisabschnitts mit einem gleichmäßigen Radius oder auch in Art eines Übergangsbogens mit einem sich ändernden Radius ausgebildet sein. Wesentlich dabei ist, dass im Bereich der Krümmung das Faserbündel mit dem Matrixmaterial in Kontakt gelangt.

Die Kammer kann eine weitere Innenfläche, die mit einer kurvenförmi gen Krümmung ausgebildet sein kann, aufweisen, wobei die weitere Innenfläche gegenüberliegend der Innenfläche ausgebildet sein kann, derart, dass das Faserbündel zumindest abschnittsweise und entlang der weiteren Innenfläche durch das Matixmaterial gezogen werden kann. Wenn die weitere Innenfläche gegenüberliegend der Innenfläche ausge bildet ist, ist es beispielsweise möglich das Faserbündel beim Ziehen durch die Kammer an der Innenfläche abzulenken, und an der weiteren Innenfläche wieder in die ursprüngliche Richtung umzulenken. Prinzipi ell ist dabei auch ein Ablenken in unterschiedliche Richtungen an den jeweiligen Innenflächen möglich. Insgesamt kann mit den zumindest zwei Innenflächen mit der kurvenförmigen Krümmung eine besonders gute Imprägnierung des Faserbündels mit Matrixmaterial erzielt werden. Die Innenflächen können hinsichtlich ihrer Form übereinstimmend ausgebildet sein. Die Krümmung kann stets in Richtung einer Vorschub richtung des Faserbündels verlaufen, sodass die Innenfläche in einer Richtung orthogonal zu der Vorschubrichtung gerade ausgebildet sein kann. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich die Innenfläche mit mehre ren oder ineinander übergehenden Krümmungen, unabhängig von einer Vorschubrichtung des Faserbündels, auszubilden.

Vorteilhaft können die Innenflächen relativ entlang einer Vorschubrich tung des Faserbündels zumindest drei relativ zueinander gegenläufig ausgebildete kurvenförmige Krümmungen ausbilden, derart, dass das Fa serbündel an den Krümmungen jeweils angelegt und entlang der Krüm mungen durch das Matrixmaterial gezogen werden kann. Wenn die drei kurvenförmigen Krümmungen in der Vorschubrichtung aufeinanderfol- gend angeordnet sind, kann beispielsweise das Faserbündel innerhalb der Kammer in Form eines Bogens geführt sein, ohne dass sich eine Rich tungsänderung vor und nachfolgend der Imprägniervorrichtung des Faserbündels ergeben müsste. Unter gegenläufigen Krümmungen werden Bögen oder Übergangsbögen verstanden, deren Radienmittelpunkt bezo- gen auf die Vorschubrichtung des Faserbündels einander gegenüberlie gen. Ein Richtungswechsel des Faserbündels innerhalb der Kammer kann dabei innerhalb einer Ebene oder aber auch in zwei oder mehr Ebenen erfolgen.

Die Imprägniervorrichtung kann eine erste Formhälfte und eine gegen- überliegende zweite Formhälfte aufweisen, die die Kammer ausbilden können, wobei die Kammer zumindest Abschnittsweise als ein Spalt zwischen den Formhälften ausgebildet sein kann. Die Formhälften können dann die Innenfläche bzw. Innenflächen ausbilden, die dann den Spalt begrenzt. Der Spalt kann insbesondere gleichmäßig breit ausgebil- det sein. Weiter kann der Spalt im Wesentlichen an eine Dicke eines Faserbündels angepasst sein, sodass nur wenig Matrixmaterial zur Befüllung des Spalts bzw. der Kammer erforderlich ist. In dem Spalt kann mit dem Matrixmaterial ein Film bzw. eine dünne Schicht an Matrixmaterial ausgebildet werden, sodass eine sparsame Verwendung von Matrixmaterial möglich wird. Die Formhälften können mechanisch miteinander verbunden sein, sodass die Kammer geöffnet und geschlos sen werden kann. Beispielsweise können die Formhälften über ein Scharnier miteinander verbunden sein. Weiter kann auch eine Einstel leinrichtung zur Variation einer Breite des Spalts vorgesehen sein, um diesen an unterschiedliche Dicken von Faserbündeln anzupassen. Dar über hinaus kann der Spalt entlang einer Richtung einer Vorschubrich- tung des Faserbündels offen ausgebildet sein, sodass das Faserbündel einfach in den Spalt eingelegt werden kann.

Die Kammer kann eine geschlossene Kavität ausbilden, wobei die Imprä gniervorrichtung eine Dosiereinrichtung aufweisen kann, mit der flüssi- ges Matrixmaterial in die Kavität eingeleitet werden kann. Die Ausbil dung der Kammer als eine geschlossene Kavität ermöglicht vorteilhaft die Verwendung der Imprägniervorrichtung in einer beliebigen Lage bzw. Position, sodass die Imprägniervorrichtung vollständig oder nahezu vollständig mit Matrixmaterial befüllt werden und unabhängig von einer Lage der Innenfläche relativ zu einer Gravitationskraft positioniert werden kann. Das Matrixmaterial kann dann auch nicht aus der Kammer beziehungsweise Kavität auslaufen. Die Dosiereinrichtung kann eine Pumpe umfassen, die beispielsweise mit der Imprägniervorrichtung oder über einen Schlauch oder eine Leitung an die Imprägniervorrichtung zur Zuführung von Matrixmaterial angeschlossen sein kann. Die Dosierein richtung kann so beschaffen sein, dass an der Kammer der Kavität eine Vorkammer ausgebildet ist, in die das Matrixmaterial eingeleitet und verteilt werden kann. Das Faserbündel kann dann das Matrixmaterial von der Vorkammer beim Durchziehen in die Kavität hineinfördern. Mittels der Dosiereinrichtung kann auch ein Druck in der Kavität ausgebildet werden, der über einem Umgebungsdruck liegt, sodass das Matrixmateri al besonders gut in Zwischenräume des Faserbündels eindringen kann.

Der erfindungsgemäße Drucker zur additiven Fertigung eines formstabi len Grünkörpers eines Faserverbundbauteils, insbesondere für Hochtem- peraturanwendungen, aus mit Fasern verstärkten Matrixmaterial, weist eine erfindungsgemäße Imprägniervorrichtung auf.

Der Drucker kann einen relativ zum Grünkörper bewegbaren Druckkopf aufweisen, mit dem ein Faserbündel zusammen mit dem Matrixmaterial gefördert und der Grünkörper durch eine räumliche Anordnung des Matrixmaterials mit dem Faserbündel ausgebildet werden kann. Der

Grünkörper kann dann prinzipiell formlos dadurch ausgebildet werden, dass das Faserbündel zusammen mit dem Matrixmaterial auf der Basis ei nes Datenmodells einer Gestalt des Grünkörpers von dem Druckkopf ab gelegt wird. Der Druckkopf wird dann entlang der Gestalt des Grünkör pers während des Ablegens bewegt, sodass der Grünkörper durch Aufträ gen des Faserbündels mit dem Matrixmaterial generativ aufgebaut wird. Es wird dann möglich ein Faserverbundbauteil bzw. einen Grünkörper mit einer nahezu beliebigen Gestalt auszubilden. Die Verwendung einer Form, mit der imprägnierte Fasern verpresst werden können, ist dann nicht mehr erforderlich, wodurch die Herstellungskosten der Form eingespart werden und damit das Faserverbundbauteil insgesamt auch kostengünstiger herstellbar wird. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, dass Faserbündel in einem strukturierten Faserverbund anzuordnen. Dadurch wird es möglich ein deutlich erhöhtes Faservolumen des Faser verbundbauteils zu erzielen, was eine Festigkeit des Faserverbundbau teils wesentlich erhöhen kann. Auch kann ein Faserverbund dann ent sprechend einer Lastrichtung ausgerichtet sein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Druckkopf die Imprägniervorrich tung aufweist. Die Imprägniervorrichtung kann zwar auch getrennt von dem Druckkopf an einer anderen Stelle des Druckers anzuordnen, jedoch ist es möglich die Imprägniervorrichtung auch direkt an dem Druckkopf, der relativ zum Grünkörper bewegbar ist, angeordnet sein. Der Druck kopf kann darüber hinaus auch eine Düse aufweisen über die das Faser bündel zusammen mit dem Matrixmaterial abgelegt bzw. extrudiert werden kann. Weiter kann der Druckkopf Mittel zur Förderung bzw. zum Vorschub des Faserbündels umfassen, mittels derer das Faserbündel durch die Imprägniervorrichtung ziehbar ist.

Der Drucker kann eine Steuervorrichtung umfassen mittels der eine Vorschubgeschwindigkeit des Faserbündels und eine Dosierung des Matrixmaterials in die Kammer geregelt werden kann. Die Vorschubge schwindigkeit des Faserbündels und eine erforderliche Menge an Matrix- material kann so vorteilhaft an ein Fasermaterial, eine Menge an Fasern in dem Faserbündel und eine Druckgeschwindigkeit angepasst werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Faserver bundbauteils, insbesondere für Hochtemperaturanwendungen, wird ein formstabiler Grünkörper des Faserverbundbauteils aus einem mit Fasern verstärkten Matrixmaterial ausgebildet, wobei ein Faserbündel zusammen mit dem Matrixmaterial mit einem Druckkopf eines Druckers gefördert und räumlich angeordnet wird, derart, dass der Grünkörper mittels additiver Fertigung ausgebildet wird, wobei das Faserbündel durch eine mit Matrixmaterial befüllte Kammer einer Imprägniervorrichtung gezo gen und mit dem Matrixmaterial imprägniert wird, wobei die Kammer uneben ausgebildet ist, derart, dass das Faserbündel zumindest ab schnittsweise entlang einer Innenfläche der Kammer durch das Matrix material gezogen wird. Zu den vorteilhaften Wirkungen des erfindungs- gemäßen Verfahrens wird auf die Vorteilsbeschreibung der erfindungsge mäßen Imprägniervorrichtung verwiesen.

In dem Faserbündel kann eine Zugkraft ausgebildet werden, wobei das Faserbündel an der Innenfläche umgelenkt und mittels einer der Zugkraft entgegenwirkenden Scherkraft an die Innenfläche gedrückt werden kann, wobei eine Imprägnierung des Faserbündels mit Matrixmaterial erfolgen kann und eventuell im Faserbündel enthaltenes Gas herausgepresst werden kann. Durch die Ausbildung der Zugkraft, die beispielsweise durch eine Fördervorrichtung des Druckers auf das Faserbündel ausgeübt werden kann, kann das Faserbündel gespannt und die Fasern des Faser- bündels einander angenähert werden. Wenn das Faserbündel an der

Innenfläche umgelenkt wird entsteht infolge einer Reibung des Faserbün dels an der Innenfläche die entgegenwirkende Scherkraft mit der das Faserbündel an die Innenfläche gedrückt und weiter verdichtet wird. Dabei kann sich ein Querschnitt des Faserbündels auch in vorteilhafte Weise verändern, beispielweise ein Faserbündel mit einem runden

Querschnitt kann an der Innenfläche mit einem im Wesentlichen linien- förmigen Querschnitt anliegen. Das Faserbündel kann so besonders gut mit dem Matrixmaterial imprägniert werden und zwischen Fasern im Fa serbündel enthaltenes Gas bzw. Luft kann aus dem Bündel herausge drückt werden bzw. aus diesem entweichen. So ist es danach möglich einen im Wesentlichen lunkerfreien Grünkörper auszubilden.

Das Faserbündel kann an zumindest drei von Innenflächen der Kammer entlang einer Vorschubrichtung des Faserbündels gegenläufig ausgebil deten kurvenförmigen Krümmungen j eweils angelegt und entlang der Krümmungen durch das Matrixmaterial gezogen werden. Das Faserbün del kann dann an den drei kurvenförmigen Krümmungen anliegen und wie zuvor beschrieben verformt werden, wodurch das Faserbündel dann bereits mit einem linienförmigen Querschnitt in das Matrixmaterial innerhalb der Kammer hineingezogen werden kann. Weiter ist es auch möglich die kurvenförmigen Krümmungen so anzuordnen, dass sich die Vorschubrichtung alleine in der Imprägniervorrichtung ändert und das Faserbündel vor oder nach der Imprägniervorrichtung im Wesentlichen in einer gemeinsamen Richtung verläuft.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn an der in der Vorschubrichtung letzten Krümmung Matrixmaterial aus dem Faserbündel herausgepresst und abgestreift werden kann. Durch ein Andrücken des Faserbündels an die letzte Krümmung bzw. deren Innenfläche wird es möglich von dem Faserbündel aufgenommenes Matrixmaterial aus diesem herauszu drücken, sodass die Fasern des Faserbündels dicht aneinander anliegen und nur noch die Zwischenräume der Fasern mit dem Matrixmaterial gefüllt sind. So ist es möglich einen Grünkörper mit einem im Vergleich zum Matrixmaterial sehr hohen Faservolumen herzustellen.

Das Matrixmaterial kann mit den Fasern nach dem Anordnen mittels Aushärten des Matrixmaterials formstabilisiert und zu dem Grünkörper ausgebildet werden. Bei einem Ablegen des Faserbündels mit dem Druckkopf kann das Faserbündel bereits beim Austritt aus dem Druck kopf teilweise formstabilisiert sein. Das Aushärten des Matrixmaterials kann beispielsweise mit ultraviolettem Licht, Wärmebehandlung, Infra rotlicht, Laser, Mikrowellen, Gasen etc. erfolgen. Der Druckkopf kann daher eine entsprechende Behandlungsvorrichtung umfassen.

Der Grünkörper kann das Faserverbundbauteil ausbilden oder das Faser- Verbundbauteil kann nach einer nachfolgenden Wärmebehandlung des Grünkörpers ausgebildet werden. Grundsätzlich kann vorgesehen sein, den Grünkörper durch eine ergänzende Wärmebehandlung auszuhärten bzw. zu stabilisieren, bevor der Grünkörper einer abschließenden Wär mebehandlung zur Ausbildung des Faserverbundbauteils zugeführt wird. Bei dieser Wärmebehandlung kann ein vollständiges Umwandeln des Matrixmaterials des Grünkörpers, beispielsweise durch Pyrolyse, erfol gen. So wird es dann auch möglich ein Faserverbundbauteil zu erhalten, welches für Hochtemperaturanwendungen nutzbar ist.

Weiter kann eine Mehrzahl paralleler Faserbündel durch die Kammer gezogen werden. Faserbündel können dann simultan imprägniert und je nach Ausbildung des Druckkopfes gleichzeitig abgelegt werden. Eine Druckgeschwindigkeit kann so wesentlich erhöht werden.

Mittels einer Heizeinrichtung des Druckers, die in einer Vorschubrich tung des Faserbündels nachfolgend der Imprägniervorrichtung angeord- net sein kann, kann ein Vortrocknen und/oder teilweises Härten des Matrixmaterials mit dem Faserbündel erfolgen. Beispielsweise bei Verwendung einer oxydischen Matrix kann ein Vortrocknen der Fasern des Faserbündels im Druckkopf erfolgen, um einen Feststoffgehalt vor einer Ablage des Faserbündels zu erhöhen. Das Vortrocknen kann bei- spielsweise durch eine Heizeinrichtung bzw. Rohrheizung erfolgen, durch die das Faserbündel nach der Imprägnierung geleitet bzw. gezogen wird. In der Heizeinrichtung können wässrige Anteile, Glycerin oder Lösungsmittel verdampft werden. Eine Beheizung des Faserbündels bzw. das Vortrocknen kann durch Mikrowellen, Infrarotlicht oder ein Heizge- bläse erfolgen. Wesentlich dabei ist, dass das Faserbündel zusammen mit dem Matrixmaterial auf einem Untergrund anhaften kann. Der Unter- grund kann bereits eine Faser, eine Faserlage oder ein Faserbündel sein, welches eine Gestalt des Faserverbundbauteils zumindest teilweise aus bildet. Das Matrixmaterial kann dann ein Anhaften des Faserbündels an diesem Untergrund einfach ermöglichen. Unmittelbar nach der Ablage des Faserbündels kann eine Formstabilisierung des Matrixmaterials vorgesehen sein, was beispielsweise mittels einer Trocknung des Matrix materials einer Wärmebehandlung, beispielsweise durch Entzug oder Teilentzug eines Dispergiermediums bei vorgegebener Temperatur und Luftfeuchte oder auch durch das Aushärten eines Binders, welcher im Matrixmaterial enthalten sein kann, möglich ist. Beispielsweise kann ein im Matrixmaterial enthaltener Binder auch mittels UV-Licht ausgehärtet und damit das Matrixmaterial formstabil fixiert werden. Wesentlich ist, dass die Formstabilisierung einen weiteren Auftrag des Faserbündels mit dem Matrixmaterial in benachbarten Reihen und übereinanderliegenden Ebenen bzw. Lagen entsprechend der Gestalt des Faserverbundbauteils ermöglicht, ohne dass das Matrixmaterial durch sein Eigengewicht oder ein Eigengewicht des so ausgebildeten Grünkörpers bewegt wird bzw. eine Gestalt des Grünkörpers infolge eines Fließens des Matrixmaterials verändert wird. Optional kann der Grünkörper in einem nachfolgenden Verfahrensschritt durch Pressen oder Vakuumformen nachbehandelt werden.

Das Faserbündel kann mit dem Matrixmaterial nach einem Austritt aus dem Druckkopf frei abgelegt oder mittels einer Walze des Druckkopfes an einen Untergrund gedrückt werden. Bei einem freien Ablegen des Faserbündels, was beispielsweise auch mittels Extrusion aus einer Düse des Druckkopfes erfolgen kann, wird dann das Faserbündel auf dem Untergrund bzw. eine darunterliegende Faserlage appliziert. Beim Andrücken mittels einer Walze des Druckkopfes an den Untergrund ist zumindest sichergestellt, dass das Faserbündel an dem Untergrund und dem Faserbündel vollständig anhaftet. Auch kann dann eventuell zwi schen dem Untergrund befindliche Luft entweichen, sodass auch hier- durch ein Grünkörper mit einem verhältnismäßig hohen Faseranteil her gestellt werden kann.

Als Matrixmaterial kann ein organisches oder anorganisches Matrixmate rial, vorzugsweise ein Matrixmaterial aus Phenolharz, Teerpech, Cyanat- Ester-Harz, Furan-Harz, Polysilan, Polyoxan, Schlicker mit Aluminiu moxid, Mullit, Zirkonoxid, Yttrium-Aluminium-Granat, Siliziumcarbid und/oder Siliciumnitrid, verwendet werden.

Das Matrixmaterial weist dann im Wesentlichen einen dieser vorgenann ten Stoffe oder auch Mischungen davon auf. Diese Stoffe können auch in Form eines Pulvers bzw. von Partikeln vorliegen. So ist es dann auch möglich, ein keramisches Matrixmaterial bzw. einen keramischen Faser verbundwerkstoff im Rahmen einer Wärmebehandlung auszubilden. Beispielsweise kann ein Schlicker als Matrixmaterial auch ein Dispersi onsmedium aufweisen, wobei als Dispersionsmedium vorzugsweise Wasser, Glycerin und/oder Ethanol verwendet werden kann. Das Disper sionsmedium kann dann mit Partikeln des Matrixmaterials gemischt sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Schlicker thixotrop ist.

Als Faser kann eine organische oder anorganische Faser, vorzugsweise eine Faser aus Kohlenstoff, Aluminiumoxid, Mullit, Zirkonoxid, Yttri- um-Aluminium-Granat, Siliciumcarbid und/oder Siliciumnitrid verwen det werden. So können beispielsweise Kohlenstofffasern zusammen mit einem Harz als Matrixmaterial kombiniert werden. Weiter können anor ganische Fasern zusammen mit einer oxidkeramischen Matrix aus einem übereinstimmenden oder auch aus einem unterschiedlichen Matrixmateri- al kombiniert werden. Bei allen Kombinationen ist eine thermomechani sche und thermodynamische Kompatibilität der Materialien zu beachten. Die Faser kann einen Durchmesser von 5 pm bis 30 pm, vorzugsweise von 10pm aufweisen. Fasern mit diesem Durchmesser eignen sich beson ders gut zur Herstellung von Grünkörpern bzw. Faserverbundbauteilen. Das Faserbündel kann aus Endlosfasern bestehen, die kontinuierlich durch die Kammer gezogen werden können. Durch eine Verwendung ei ner Endlosfaser wird es möglich die Faser, wie bei einem Wickeln der Faser, in einer gewünschten Orientierung, entsprechend einer Gestalt des Faserverbundbauteils, ununterbrochen anzuordnen. Eine Festigkeit des Faserverbundbauteils kann so vorteilhaft erhöht werden. Gleichwohl ist es möglich, den Druckkopf so auszubilden, dass die Fasern bzw. das Faserbündel am Druckkopf mittels einer Schneidvorrichtung abgeschnit ten werden kann. Beispielsweise kann dann vorgesehen sein an einem Ende des Grünkörpers alle bis dorthin abgelegten Faserbündel abzu schneiden.

Das Faserbündel bzw. Filament kann 1.000 den (Denier) bzw. 111, 11 tex (Tex) bis 50.000 den bzw. 5.555,56 tex, vorzugsweise 20.000 den bzw. 2.222,22 tex aufweisen. Das Faserbündel kann auch bereits vor einem Einzug in die Imprägniervorrichtung vorimprägniert sein. Vorteilhaft kann das Faserbündel nach einem Durchlazf durch die Imprägniervor richtung einen Faseranteil von 10 Vol.-% bis 60 Vol.-%, vorzugsweise von 35 Vol.-% aufweisen. Ein hoher Faseranteil begünstigt die Festig keitseigenschaften des Faserverbundbauteils. Das Faserbündel kann mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 0, 1 m/min bis 50 m/min durch die Kammer gezogen werden. So sind mit dem Drucker niedrige als auch hohe Druckgeschwindigkeiten realisierbar.

Der Drucker kann beispielsweise Schlitten oder Führungen umfassen die eine Bewegung des Druckkopfes in drei Raumachsen ermöglichen. Prinzipiell kann der Druckkopf auch an einem Roboterarm angeordnet sein, der über beispielsweise Gelenke in drei Raumachsen beweglich ist. Umgekehrt ist es auch möglich einen Untergrund oder eine Form relativ zu einem feststehenden Druckkopf zu bewegen. Weiter kann vorgesehen sein, dass zwei Roboterarme sich einander ergänzend bewegen, wobei ein Roboterarm dann den Druckkopf und ein anderer Roboterarm den Unter grund bzw. die Form bewegt. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibung der auf den Vorgangsanspruch 1 rückbezoge nen Unteransprüchen. Das Verfahren betrifft weiter eine Verwendung der Imprägniervorrichtung für einen Drucker. Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Imprägniervorrich tung in einer Seitenansicht; Fig. 2: eine perspektivische Teilschnittdarstellung der Imprä gniervorrichtung;

Fig. 3: eine perspektivische Ansicht der Imprägniervorrichtung.

Eine Zusammenschau der Fig. 1 bis 3 zeigt eine Imprägniervorrichtung 10 für einen hier nicht näher dargestellten Drucker zur additiven Ferti- gung eines formstabilen Grünkörpers eines Faserverbundbauteils. Die Imprägniervorrichtung 10 ist aus einer ersten Formhälfte 11 und einer zweiten Formhälfte 12 gebildet, wobei die Formhälften 11 und 12 über ein Scharnier 13 relativ zueinander verschwenkbar miteinander verbun den sind. Die erste Formhälfte 11 kann mittels Rändelmuttern 14 an schwenkbaren Gewindestangen 15 an die zweite Formhälfte 12 geklemmt werden. Dabei wird zwischen den Formhälften 11 und 12 eine Kammer 16 ausgebildet, durch die ein Faserbündel 17 in einer Vorschubrichtung 18 gezogen werden kann. Die Imprägniervorrichtung ist in der hier dargestellten Ausführungsform zur Imprägnierung von sechs parallelen Faserbündeln 17 ausgebildet. Die Kammer 16 bildet zumindest eine geschlossene Kavität 19 aus, die mit flüssigem Matrixmaterial 20 befüllt ist. Das Matrixmaterial 20 wird der j eweiligen Kavität 19 hier mittels einer Dosiereinrichtung 21 zugeführt. Die Dosiereinrichtung 21 umfasst unter anderem eine Zuführleitung 22 und eine Vorkammer 23 in der die Faserbündel 17 mit dem Matrixmaterial 20 bereits in Kontakt gelangen. Von der Vorkammer 23 wird das Matrixmaterial an einem Eintrittspunkt 24 der Kammer 16 in die Faserbündel 17 hineingefördert. Das Matrixma terial 20 bildet dann hier einen beispielhaft gezeigten Film 25 in der Kammer 16 aus.

Die Kammer 16 ist als ein Spalt 26 mit einer Innenfläche 27 in der ersten Formhälfte 11 und einer weiteren Innenfläche 28 der zweiten Formhälfte 12 ausgebildet. Die Innenfläche 27 bildet eine kurvenförmige Krümmung 29 aus, wobei die weitere Innenfläche 28 zwei kurvenförmige Krümmun- gen 30 und 31 ausbilden. Die Krümmungen 29 bis 31 sind jeweils konvex ausgebildet, wobei an den jeweils gegenüberliegenden Innenflächen 27 bzw. 28 entsprechend übereinstimmende konkave Krümmungen 32, 33 bzw. 34 ausgebildet sind.

Die jeweiligen Faserbündel 17, laufen, wie in der Fig. 2 dargestellt, entlang einer Eintrittszone 35 mit dem Matrixmaterial 20 zu einer Imprä gnierzone 36, in der das Faserbündel 17 mit dem Matrixmaterial 20 in Kontakt gelangt, weiter zu einer Kontaktzone 37, in der das Faserbündel vollständig mit dem Matrixmaterial 20 imprägniert wird. Da in der Vorschubrichtung 18 die Krümmungen 29 bis 31 relativ zueinander gegenläufig ausgebildet sind, wird das Faserbündel 17 umgelenkt, sodass eine in dem Faserbündel ausgebildete Zugkraft aufgrund von Reibung an den Innenflächen 27 bzw. 28 eine entgegenwirkende Scherkraft erzeugt, die das jeweilige Faserbündel 17 an die Innenfläche 27 bzw. weitere Innenfläche 28 drückt. Dabei erfolgt eine vollständige Imprägnierung des jeweiligen Faserbündels 17 mit Matrixmaterial 20, wobei eventuell in dem Faserbündel 17 enthaltenes Gas bzw. Luft aus diesem herausge presst wird. Weiter wird das Faserbündel 17 dann auch soweit verdichtet, dass ein Faseranteil des fertigimprägnierten Faserbündels 17 vorteilhaft erhöht werden kann. Das an einem Austrittspunkt 28 an der Imprägnier- Vorrichtung 10 herausgezogene Faserbündel 17 mit dem Matrixmaterial 20 kann nun über einen Druckkopf des Druckers zur Ausbildung eines Grünkörpers auf diesen abgelegt werden.