Kunststoffbauteile aus der additiven Fertigung, Spritzguss oder Extrusion entstammen verschiedener Fertigungsprozesse mit ihren jeweiligen konstruktiven Begebenheiten, Vor- und Nachteilen. Um zukünftig Kunststoffbauteile aus verschiedenen Fertigungsprozessen kombinieren und Vorteile der jeweiligen Prozesse gezielt ausnutzen zu können, wurde die Schweißbarkeit von lasergesinterten und gespritzten Bauteilen untersucht.
Für die Versuche wurden das Ultraschallschweißen (US) und das Heizelementschweißen (HS) als industriell relevante Fügeverfahren eingesetzt. Als Lasersintermaterialien kamen PA12, PA12GB, PP und PA6MF in Kombination mit ungefüllten Spritzgussmaterialen PA12, PP und PA6 zum Einsatz. Die Schweißverbindungen wurden mechanisch hinsichtlich ihrer Kurzzeitzugfestigkeit, Dichtigkeit und Berstdruckverhalten charakterisiert. Ergänzend wurden zerstörende und zerstörungsfreie Analysemethoden zur Nahtcharakterisierung durchgeführt.
Lasergesinterte Materialien weisen eine sehr gute Schweißbarkeit auf. Vor allem HS-Schweißungen zeigen Kurzzeitzugfestigkeiten der Schweißverbindungen auf dem Niveau der Referenzfestigkeit von ungeschweißten Prüfkörpern. Bei Hybridverbindungen wird oftmals die Referenzfestigkeit der Spritzgusstype erreicht, welche dann den limitierenden Faktor darstellt. Trotzdem liegen die Hybridverbindungen aus gespritzten und lasergesinterten Bauteilen hinsichtlich der Festigkeit im Vergleich mit Festigkeiten typischer Spritzgussbauteile auf einem sehr hohen Niveau. Neben Schweißungen und Prüfungen im Labor wurden die erzielten Ergebnisse auch anhand industrieller Bauteile verifiziert.
Aktualisiert: 2022-11-03
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In dieser Arbeit wird das mechanische und strukturelle Verhalten von heizelementgeschweißten Polypropylenproben untersucht. Hierbei wurden sowohl das unbehandelte Polypropylen als auch Polypropylen mit den Zusätzen Ruß und einem β-Nukleierungsmittel analysiert. Die Ergebnisse der Strukturuntersuchung zeigen, dass deformierte α-Sphärolithe als einziges Strukturmerkmal bei allen geschweißten Verbindungen auftreten. Die Ergebnisse der mechanischen Untersuchungen zeigen, dass das Strukturmerkmal der deformierten α-Sphärolithe für die Kurzzeitzugfestigkeit, die mehrachsige Belastung, die schlagartige Belastung sowie die dynamische Langzeitbelastung größtenteils Vorteile bringt. Der Ausblick gibt Aufschluss über zwei weitere Forschungsfelder im Bereich der Strukturuntersuchung.
Aktualisiert: 2022-07-07
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Den Fokus der durchgeführten Forschungstätigkeiten bildete der Erkenntnisgewinn über das Schweißverhalten von selektiv lasergesinterten (LS) Kunststoffbauteilen. Es wurden erstmals Wissensdefizite über die Materialsubstitution von z. B. spritzgegossenen zu additiv gefertigten Kunststoffbauteilen aus PA12 im Hinblick auf resultierende Fügenaht- und Produktqualität geschlossen. Zudem wurden Design- und Fertigungskriterien für bestehende und zukünftige Anwendungen erschlossen.
Als Schweißverfahren wurden das Ultraschallschweißen und das Heizelementschweißen eingesetzt, welche beide für die Kleinserienproduktion geeignet sind und sich hinsichtlich ihres Energieeintrags unterscheiden. Neben der Variation der Schweißparameter wurde der Einfluss verschiedener Baurichtungen bei LS-Anfertigung auf die Schweißprozesse und die resultierenden Nahtfestigkeiten untersucht sowie die LS-Prozessparameter Bestrahlungsstäke und Altpulveranteil variiert.
Die Schweißversuche mit anschließender Fügenahtcharakterisierung erzielten vielversprechende Ergebnisse für eine branchenübergreifende Anwendung lasergesinterter Kunststoffbauteile. So lässt sich festhalten, dass LS-Bauteile aus PA12 sehr gut mittels Ultraschall und Heizelement schweißbar sind und sogar Nahtfestigkeiten über den gewohnten Niveaus von PA12 als Spritzgussmaterial erzielt werden können. Für die Ultraschallschweißungen konnte zudem gezeigt werden, dass Schweißungen zwischen LS- und Spritzgussbauteilen aus PA12 hohe Festigkeitswerte erzielen. Trotzdem gilt es, einige Restriktionen wie beispielsweise die Staubbildung und Werkzeugverschleiß beim Ultraschallschweißen zu beachten.
Aktualisiert: 2021-12-20
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