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

Abstract

Das Forschungsprojekt 22191 N zielt darauf ab, die Vorhersagbarkeit der mechanischen Bauteilcharakteristik für Schneckenextrusions- und Fused Filament Fabrication-Verfahren bei amorphen Thermoplasten zu verbessern. Eine neu entwickelte Berechnungsroutine ermöglicht die Ermittlung von Zwischenschichtfestigkeiten basierend auf Maschinencode-Daten und Fertigungsparametern in zwei Schritten. Zunächst wird die Zwischenschicht-temperatur während der Fertigung berechnet und durch prozessintegrierte Messungen validiert, wobei die Abweichung zwischen simulierten und gemessenen Temperaturen zwischen 0,4 °C und 6,6 °C liegt. Im zweiten Schritt wird die lokale Zwischenschichtfestigkeit basierend auf dem Reptationsmodell nach de Gennes und einer Routine zur Vorhersage der Bindenahtfestigkeit berechnet. Experimente bestätigen die Größenordnung der simulierten und realen Zugfestigkeit, wobei meso-strukturelle Einflüsse in der Simulation unberücksichtigt bleiben. In strangparallelen Simulationen wird die reale Zugfestigkeit jedoch deutlich unterschätzt. Eine Anpassung des Vorgehens zur Ermittlung des plastischen Verhaltens im Simulationsprogramm Abaqus wird daher empfohlen. Die Routine zur Bestimmung der Zwischenschichttemperatur kann bereits zur Qualitätssicherung eingesetzt werden, während der zweite Teil der Routine zur Zwischenschichtfestigkeit für erste Bauteildimensionierungen genutzt werden kann. Durch die frühzeitige Vorhersage der mechanischen Eigenschaften können zeit- und materialaufwendige Iterationen reduziert werden, was die Attraktivität der Verfahren steigert.