Individuelle Leichtbaustrukturen mit Endlosfaserverstärkung und beanspruchungsgerecht optimierter Geometrie sind mit verfügbaren Technologien nur eingeschränkt maßgeschneidert und wirtschaftlich herstellbar. Bisherige Verfahren zur endlosfaserverstärkten additiven Fertigung verwenden Tapes mit thermoplastischer oder duroplastischer Matrix (Tapelegen) oder endlosfaserverstärkte thermoplastische Filamente (oft 3D-Druck genannt). Bei diesen Verfahren ist die Kombination aus Faser und Matrix festgelegt. Tapelegeanlagen sind häufig mit hohen Investitionskosten verbunden und benötigen immer eine Form zur Faserablage. Der „3D-Druck“ mit endlosfaserverstärkten thermoplastischen Filamenten wird durch vergleichsweise günstige "Desktop-Drucker" mit 3 Achsen möglich, wobei der Bauraum kleiner ist und der Schichtaufbau meist nur in Z-Richtung erfolgt. In diesem Fall handelt es sich um einen 2,5D-Druck. Spezielle Anwendungsfälle erfordern allerdings duroplastische Matrices aufgrund ihrer hohen Chemikalienbeständigkeit und sehr guten thermomechanischen Eigenschaften.
Der Druckkopf ist die entscheidende Baugruppe für eine uneingeschränkte und anforderungsgerechte Kombination von endlosen Verstärkungsfasern und reaktiver Matrix zur additiven Fertigung faserverstärkter Duroplaste. In Kombination mit einer 5- oder 6-Achs Kinematik kann die Faser lastpfadgerecht und theoretisch ganz frei abgelegt werden. Somit wird auch die Fertigung von individuellen Strukturen in kleinen Losgrößen möglich.
Zur Entwicklung eines Druckkopfes für diese Form der additiven Fertigung von endlosfaserverstärkten Duroplasten wird eine methodische Herangehensweise gewählt, bei der die Einzelschritte Faserimprägnierung, Faserzufuhr, Schneiden des Rovings, Kompaktierung und Aushärtung modular betrachtet und die Teillösungen anforderungsrecht zu einer Druckkopf-Einheit kombiniert werden. Mit dem Einsatz UV-härtender Harze kann eine sofortige Konsolidierung der Matrix erfolgen um die Ablagerichtung auf kleinstem Raum zu ändern. Weitere Voraussetzung für eine möglichst große Ablagefreiheit ist eine kompakte Bauform des Druckkopfes. Die Fasertränkung soll in einer geschlossenen Imprägniereinheit erfolgen, sodass möglichst sauber gearbeitet werden kann. Nach einem Vergleich verschiedener Konzepte und Voruntersuchungen erfolgte die Konstruktion und Umsetzung einer Vorzugslösung. Der entwickelte Druckkopf schneidet die Fasern im trockenen Zustand, während die Aushärtung der imprägnierten Faser direkt bei der Ablage erfolgt. Das hier vorgestellte System wird zurzeit in Ablageversuchen experimentell validiert.