Simulationsgestützte Entwicklung eines Modells zur Bestimmung der Grenzschichthaftung beim Fused Layer Modeling

Additive Fertigungsverfahren halten in den letzten Jahren zunehmend Einzug in die Industrie, da sie es den Unternehmen unter anderem ermöglichen, Bauteile in beliebiger Komplexität und der Qualität von Endprodukten zu fertigen. Unter den zahlreichen Verfahren haben sich vor allem die Stereolithografie, das Selektive Laser-Sintern sowie das weltweit meistgenutzte Fused Layer Modeling (FLM) auf dem Markt etabliert. Prozessbedingt bestehen FLM-Bauteile aus vielen einzelnen Filamentbahnen, was dazu führt, dass sie nicht die gleichen mechanischen Eigenschaften aufweisen wie das Grundmaterial, aus dem sie bestehen. Aus diesem Grund ist eine sichere Auslegung und Dimensionierung derartiger Bauteile für bestimmten Einsatzzwecke nicht auf der Grundlage von Materialkenndaten möglich, wie es beispielsweise bei klassisch gefertigten Teilen der Fall ist.

Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, ein Modell zu entwickeln, mit dem sich dieses Problem überwinden lässt. Das Modell basiert hauptsächlich auf der Diffusionstheorie und geht von der Annahme aus, dass einzelne Molekülketten über die Grenzfläche zwischen zwei angrenzenden Filamentbahnen diffundieren und dadurch eine Fügeverbindung erzeugen. Mit dem Modell soll es möglich sein, die Festigkeit dieser Verbindung vorherzusagen, sodass daraus die mechanischen Eigenschaften eines FLM-Bauteils abgeleitet werden können. Da die Diffusionprozesse stark von der Temperatur in der Grenzfläche zwischen den Filamentbahnen abhängen, besteht ein wesentlicher Teil dieser Arbeit in der Entwicklung eines weiteren Modells, mit dem diese Temperatur bestimmt werden kann.