Untersuchung der Porosität von additiv gefertigten Materialien aus gefüllten Thermoplasten (Studienarbeit)

Abstract

Das Institut für Bauweisen und Strukturtechnologien des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt untersucht u.a. die Herstellung additiv gefertigter Bauteile. Hochleistungsfähige Thermoplasten, wie z.B. Polyetherehterketon (PEEK), können so in hochbelasteten Bauteilen vielseitig eingesetzt werden. Durch die Zugabe von Füllstoffen, wie z.B: Kohlenstoffkurzfasern oder Kupferpulver, können die Anwendungsgebiete für diese Technologie und Materialien noch erweitert werden. Die Porosität von Materialien beeinflusst deren Eigenschaften erheblich und ist somit ein wichtiger Kennwert. In dieser Arbeit soll daher, auf der Grundlage von Vorarbeiten, die Porosität eines PEEK-Kupfer-Teilchenverbunds bestimmt werden. Eine Methode der Porositätsbestimmung ist die Lichtmikroskopie. Hierfür werden Materialproben geschliffen und poliert um die Porosität unter einem Lichtmikroskop ersichtlich zu machen. Um den Einfluss bestimmter Prozessparameter des Schleifprozesses auf die messbare Porosität zu ermitteln, wird eine Parameterstudie durchgeführt. Es wird der Einfluss der Kraft, mit der die Probe auf das Schleifwerkzeug gedrückt wird, die Dauer des Schleifens und die Dauer des Polierens untersucht. Alle Faktoren werden auf drei Stufen variiert. Ein schon bestehendes Prozedere zur Probenpräparation bildet für die Einstellwerte die Grundlage. Die Anpresskraft wird, ausgehend von dem bisherigen üblichen Einstellungen, um -5 N, 0 N und 5 N erhöht. Die Schleif- und Polierdauer wird jeweils, ausgehend von dem bisherigen üblichen Einstellungen, um -20 %, 0 % und 20 % verlängert. Zudem wird die Änderung der messbaren Porosität bei fünf verschiedenen Materialien untersucht: PEEK, PEEK mit 30 % Kurzkohlefasern, PEEK mit 22 % Kupferpulver, PEEK mit 33 % Kupferpulver und PEEK mit 40 % Kupferpulver. Die Anpresskraft hat nur bei reinem PEEK einen Effekt gezeigt. Längere Polierzeiten verringern im Allgemeinen die messbare Porosität. Längere Schleifzeiten haben eine höhere messbare Porosität zur Folge. Die erstellten Metamodelle sind jedoch statistisch nicht signifikant Haupteinfluss auf die Messverfälschung durch den Schleifprozess ist das Herausreissen von Füllstoffen während des Schleifens sowie das Beschädigen der Probenoberfläche durch Abriebe auf dem Schleifwerkzeug. Es empfehlen sich daher kurzes Schleif- und Polierzeiten sowie gründliches und regelmäßiges Reinigen und Auswechseln der Schleifwerkzeuge.