Ansatz für den mechanischen isotropen Materialextrusionsdruck
Neue Möglichkeit zur Steigerung der Z-Festigkeit von 3D-gedruckten Kunststoffbauteilen. Höhere Anisotropie der mechanischen Eigenschaften und Einbringung von Fasern in Z-Richtung durch volumetrische Füllmethode.
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Diese Arbeit stellt einen neuartigen Ansatz zur Reduzierung anisotropen Materialverhaltens in Materialextrusionskomponenten (MEX) vor. Dabei kommt Fused Granulate Modeling (FGM) als Fertigungsverfahren und Standard-Spritzgussrohstoffe als Werkstoff zum Einsatz. Diese Methode, auch „Voxelfill-Verfahren“ genannt, durchbricht die konventionelle schichtweise Abscheidung durch die Einführung einer volumetrischen Kammerfülltechnik und zielt so auf die Erzielung isotroper Eigenschaften in der additiven Fertigung (AM) ab. Dies gilt sowohl für ungefüllte als auch für faserverstärkte thermoplastische Polymere.
Der erste Abschnitt der Arbeit erläutert die Motivation dieser Studie und gibt einen Überblick über die Herausforderungen der Anisotropie in MEX-Prozessen. Anschließend wird das Voxelfill-Verfahren kurz analysiert und Einblicke in seine Integration in Slicing-Software sowie die für die Implementierung erforderlichen Hardware-Anpassungen gegeben.
Der Schwerpunkt dieser Studie liegt auf der Bewertung der mechanischen Leistungsfähigkeit von 30 % glasfaserverstärkten PETG-Teilen durch die Herstellung von Zugprüfkörpern mit dem Voxelfill-Verfahren und deren Vergleich mit Proben aus konventionellem Schichtdruck. Die Ergebnisse zeigen, dass der Voxelfill-Prozess die Anisotropie von 56,71 % auf 13,47 % reduziert. Diese Erkenntnisse unterstreichen das Potenzial des Voxelfill-Prozesses, das anisotrope Verhalten von MEX-Komponenten deutlich zu reduzieren.
Die Arbeit schließt mit einer Diskussion über zukünftige Ansätze zur weiteren Optimierung und Validierung der Vorteile des Voxelfill-Prozesses, um den Weg für eine verbesserte Reproduzierbarkeit und Leistung in additiven Fertigungsanwendungen zu ebnen.
Vortragssprache: EN
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