Quantifizierung des Einflusses von Fertigungsparametern auf die mechanischen Eigenschaften von 3D gedruckten Materialien mithilfe von Finite Element Simulationen (Masterarbeit)

Kurzfassung

Additive Fertigungsverfahren eröffnen neue Möglichkeiten in der Herstellung komplexer Geometrien, die mit traditionellen Methoden schwer oder sogar unmöglich umzusetzen wären. In den Branchen der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Medizintechnik sind sie aufgrund ihrer vielseitigen Vorteile bereits weit verbreitet. Für die Reduzierung der Produktionszeiten und Herstellungskosten werden stets neue Fertigungsanlagen entwickelt, die zusätzlich höhere Fertigungsgenauigkeiten ermöglichen. Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der detaillierten Untersuchung von additiv gefertigten Druckproben. Die Herstellung der Proben erfolgt mit dem neuartigen Screw Extrusions Additiv Manufacturing (SEAM) Verfahren, bei dem als Granulat der kostengünstige, kurzfaserverstärkte Kunststoff PA6 CF30 verwendet wird. Das Ziel dieser Arbeit ist, die Einflüsse der Variation der Einzelschichtdimensionen, der Bahnanzahl, sowie der gezielten Defekteinbringung in Form von versetzten Schichten auf die mechanischen Eigenschaften und das Versagensverhalten der Proben zu untersuchen. Die Auswirkungen der Fertigungsparameter auf die Faserorientierung innerhalb einer Schicht, den Faser- und den Porenvolumengehalt, sowie die Rauheit der Probenoberfläche werden anhand von Schliffbildern analysiert. Die Druckeigenschaften in Aufbaurichtung werden im quasistatischen Fall untersucht und das Versagen mithilfe der digitalen Bildkorrelation (DIC) ausgewertet. Basierend auf den experimentellen Untersuchungen werden Ansätze zur numerischen Simulation der Druckversuche entwickelt, welche die Effekte der Fertigungsparameter abbilden. Die Erkenntnisse der experimentellen und numerischen Untersuchungen dieser Arbeit ermöglichen einen vertieften Einblick in die Zusammenhänge zwischen den ausgewählten Fertigungsparametern, den Materialeigenschaften und dem Verhalten der additiv gefertigten Proben unter Druckbelastung.