Additive Fertigungsverfahren erobern derzeit den Endkundenmarkt und gewinnen auch im industriellen Sektor immer mehr an Bedeutung. Allerdings gibt nur es nur wenige industrielle Arbeiten, die sich mit der Simulation des Fused Deposition Modeling (FDM) beschäftigen. Dies erschwert für Unternehmen die Einführung neuer Materialsysteme und die volle Potenzialausschöpfung des Fertigungsverfahrens. Im Rahmen der durchgeführten Arbeiten wurden daher die Vorgänge beim Druckprozesses in Abhängigkeit der Düsengeometrie-, Material- und Verarbeitungsparameter sowohl experimentell als simulativ untersucht. Dazu wurden geeignete Methoden zur messtechnischen Erfassung der Aufschmelz- und Fließvorgänge erprobt und darauf basierend numerische Modelle entwickelt, die die Zwei-Phasenströmung beschreiben. Der Vergleich der numerischen Berechnungen mit den experimentellen Daten zeigte, dass die benötigte Vorschubkraft, sowie der Übergang von stabilem zu instabilem Prozessbereich bei steigenden Druckgeschwindigkeiten mit guter Approximation reproduziert werden kann. Basierend darauf wurde ein Simulationstool entwickelt, welches die numerische Simulation von Standarddüsengeometrien ermöglicht. Das öffentlich zugängliche Tool erleichtert so die simulationsgestützte, verbesserte Auslegung von FDM-Prozessen, speziell angepasst an das einzusetzende Material.
Aktualisiert: 2023-05-04
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Aktualisiert: 2022-04-01
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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.
Aktualisiert: 2021-05-06
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