Additive Fertigungsverfahren auf Kunststoffbasis werden bei der Herstellung von Strukturteilen immer beliebter aufgrund des vergleichsweise geringen zeitlichen Aufwands von der Konstruktion bis zum fertigen Bauteil. Ausgehend von der Idee des Leichtbaus und dem Ziel, die Funktionalität additiver Strukturen zu erweitern, hat sich die Herstellung additiv gefertigter Schaumstoffstrukturen als neues Anwendungsfeld herauskristallisiert. In der Literatur wird als einer der ersten untersuchten Prozesse das nachträgliche Schäumen eines additiv gefertigten Bauteils beschrieben. Hierbei wird das Bauteil in einem Autoklav mit physikalischen Treibmittel beladen und durch nachträgliche Druck- und Temperaturänderung aufgeschäumt. Findet der Prozess des Schäumens jedoch direkt „in situ“ bei der Materialaustragung statt, kann ein unkontrolliertes und unsymmetrisches Schäumen vermieden werden. Ein solcher in situ Schäumprozess kann mit dem ARBURG Kunststoff-Freiform(AKF)-Verfahren umgesetzt werden, da Kunststoffgranulate direkt mit einem Masterbatch (enthält ein chemisches Treibmittel) gemischt werden können und innerhalb der Plastifiziereinheit ein Druckaufbau möglich ist. Der Druckabfall nach Verlassen der Düse führt hierbei zu einem Aufschäumen des Kunststoffs.

In dieser Arbeit wurde der in situ Schäumprozess mit dem AKF-Verfahren genutzt um additiv gefertigte Sandwichstrukturen mit Schaumkern herzustellen. Zunächst wurde mithilfe einer statistischen Versuchsplanung der Einfluss der Düsentemperatur, des Austrags und des Masterbatchanteils auf die mechanischen Eigenschaften untersucht. Hierbei wurden die geschäumten und nicht geschäumten Strukturen einzeln betrachtet. Der Austrag ist ein Parameter des AKF-Prozesses, der den Volumenstrom der Maschine beeinflusst. Es konnte gezeigt werden, dass der Austrag den größten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften ausübt indem er über die Bauteilfüllung die Haftung zwischen den einzelnen Druckbahnen maßgeblich beeinflusst. Daher wurde im Anschluss für beide Strukturen der optimale Austrag bestimmt, der zu einer optimalen Füllung führt. Bei einer optimalen Füllung liegt für nicht geschäumte Strukturen eine minimale Restporosität vor, wobei die äußere Form des Bauteils erhalten bleibt.
Auf Basis der vorherigen Untersuchungen wurden die Prozessparameter festgelegt und Sandwichstrukturen mit unterschiedlicher Schaumkerndicke hergestellt. Diese Sandwichstrukturen wurden hinsichtlich der spezifischen Biegeeigenschaften charakterisiert. Es konnte gezeigt werden, dass abhängig von der Schaumkerndicke eine Steigerung der spezifischen Biegeeigenschaften möglich ist.