Entwicklung von numerischen Ansätzen für die Simulation von 3D-gedruckten Materialien

Kurzfassung

Die Entwicklung der additiven Fertigungsmethoden, sowohl mit metallischen als auch mit thermoplastischen Materialien, eröffnete neue Perspektiven in der Bauteilgestaltung. Dieses Fertigungsverfahren wurde vermehrt in Bereichen wie die Luftfahrt, Raumfahrt oder in der Automobilindustrie eingesetzt und ermöglicht die Flexibilisierung der Fertigungskette. Zusätzlich können die Herstellkosten einiger Bauteile durch die Vermeidung zusätzlicher Werkzeuge und nachfolgender Bearbeitungsschritte stark reduziert werden. Dennoch können additive Fertigungsverfahren Nachteile mit sich bringen. Faserverstärkte AM-Materialien zeichnen sich durch eine ausgeprägte Anisotropie und die Materialeigenschaften in Aufbaurichtung können der des reinen Kunststoffes entsprechen. Zusätzlich ist die Fertigungsqualität eines Bauteils stark von den eingestellten Prozessparametern abhängig. Im Teilprojekt 1300 wird der Fokus auf zwei additive Fertigungsverfahren, das Screw Extrusion Additive Manufacturing (SEAM) und das High-Speed Sintering (HSS) gelegt. Obwohl dieser Meilenstein sich auf das erste Verfahren konzentriert, können die methodische Ansätze auf das HSS-Verfahren übertragen werden. Ziel des Projekts ist die Entwicklung von numerischen Ansätzen, welche eine vollständige Charakterisierung von AM-Materialien ermöglicht. Durch den Einsatz von virtuellen Testmethoden mit der Finite-Element Methode kann der Aufwand in der experimentellen Materialcharakterisierung reduziert werden und neue Materialkonfigurationen rein virtuell untersucht werden. Der Meilenstein fasst die entwickelten Simulationsmethoden zusammen und detailliert die erste Methodenvalidierung mit Hilfe von experimentellen Materialversuchen.