Hochleistungsthermoplaste wie Polyetheretherketon (PEEK) und Polyetherimid (PEI) weisen ähnliche mechanische und thermische Eigenschaften wie Duroplaste auf. Sie werden in der Automobil- und Luftfahrtindustrie als nachhaltigere Alternativen eingesetzt und das sowohl in reiner Form als auch als Matrixmaterial in faserverstärkten Verbundwerkstoffen. Diese thermoplastischen Polymere sind zudem mit dem 3D-Druckverfahren "Fused Filament Fabrication" (FFF) kompatibel und können mit großer topologischer Freiheit zu komplexen Formen verarbeitet werden. Allerdings hat FFF als schichtweiser additiver Fertigungsprozess einen inhärenten Nachteil: Der Zeitaufwand für die Herstellung und das Risiko eines fehlerhaften Bauteils steigen mit der Größe des Bauteils. Der Einsatz des Polymer-Ultraschallschweißens (USW), eine etablierten Fügetechnik für thermoplastische Verbundwerkstoffe [1,2], gleicht diese Nachteile aus und ermöglicht ein nachhaltiges und klebstofffreies Fügeverfahren zur Herstellung von Bauteilen aus Hochleistungspolymeren in Rein- und Verbundform.

Aufbauend auf früheren Untersuchungen zum USW von PEEK und CF-PEEK [3] wird in dieser Arbeit das Verhalten von FFF-gedrucktem PEI (ULTEM® 9085) beim Ultraschallschweißen untersucht. Mit Hilfe von aufgedruckten Schichten auf der Schweißnaht, den sogenannten Energierichtungsgebern (ERG), wird die Kompatibilität von FFF und USW für PEI mit Hilfe eines Design of Experiments untersucht. Das energiegesteuerte Ultraschallschweißen wurde mit verschiedenen Schweißkräften und Schwingungsamplituden durchgeführt und mit Hilfe von Zugscherversuchen hinsichtlich der Schweißnahtfestigkeit charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen eine starke Korrelation zwischen dem ERG-Volumen und den Schweißparametern auf die resultierenden Verbindungen. Die höchsten beobachteten Versagenskräfte lagen bei 2,5 kN ± 250 N. Das Versagen der geschweißten Proben wurde hauptsächlich im Material außerhalb des geschweißten Bereichs beobachtet. Diese Ergebnisse deuten auf eine vielversprechende Anwendung des Ultraschallschweißens für gedruckte FFF-Bauteile hin. Sie bieten einen zuverlässigen und nachhaltigen Weg für die Umsetzung von größeren Bauteilen mit verbesserter Zuverlässigkeit. In Zukunft kann die gleiche Ultraschallleistung zum Trennen der gefügten Teile verwendet werden, was den Austausch defekter Teile vor Ort durch Ultraschallschneiden ermöglichen kann. Darüber hinaus gibt es einen direkten Weg zur Wiederverwendung defekter FFF-Teile durch Zerkleinerung und Extrusion zu Filamenten.