Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung einer Methode zur verbesserten Vorhersage der lokalen mechanischen Bauteileigenschaften für plastifizierende additive Fertigungsverfahren

Bei plastifizierenden additiven Fertigungsverfahren, wie z.B. Schnecken- oder Filamentextrusionsverfahren, wird ein Thermoplast aufgeschmolzen und anschließend in Strängen schichtweise abgelegt. Die Bauteileigenschaften werden dabei von den Prozess- und Werkstoffeigenschaften sowie der Bauteilgeometrie bestimmt. Besonders die Festigkeit zwischen den einzelnen Schichten, welche aus diesen Faktoren resultiert, ist eine kritische Eigenschaft, die zusätzlich lokal im Bauteil variieren kann. Bisher existiert aber noch keine in der Praxis anwendbare Methode zur Vorhersage der lokalen Zwischenschichtfestigkeiten für AF Bauteile. Eine solche ist aber nötig, um eine höhere Sicherheit der zu erwartenden Bauteileigenschaften zur erlangen.

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer Berechnungsroutine zur Vorhersage der lokalen Zwischenschichtfestigkeiten von Bauteilen, die in plastifizierenden AF-Verfahren hergestellt werden. Der Berechnungsroutine sollen Modelle zugrunde gelegt werden, welche auf Basis des Maschinencodes eines Bauteils die lokalen Zwischenschichtfestigkeiten vorbestimmt. Dazu werden zunächst die Temperaturverläufe im Zwischenschichtbereich in Abhängigkeit der Fertigungsparameter und die daraus resultierenden Zwischenschichtfestigkeiten untersucht. Die erlangten Ergebnisse dienen als Basis zur Modellierung der Entwicklung der Zwischenschichtfestigkeit und dem Aufbau einer Routine zur Vorhersage dieser.

Als Ergebnis soll eine Berechnungsroutine vorliegen, mit welcher Anwender plastifizierender AF-Verfahren die resultierenden Zwischenschichtfestigkeiten vor der Fertigung bewerten können. Dadurch kann ein iteratives Anpassen und Überprüfen der Fertigungsparameter über mehrere Bauteile vermieden werden. Durch den so einsparbaren Zeit- und Ressourcenaufwand werden plastifizierende AF-Verfahren attraktiver für die Prototypen- und Endbauteilfertigung. Dies erweitert die Anwendungsfelder der AF, was dem stark KMU geprägten Markt der Kunststoffverarbeitung zugutekommt.