Die Organoblech-Technologie zeichnet sich durch ein hohes Leichtbaupotenzial und vor allem effiziente Verarbeitungsverfahren aus. Während der Umformung auftretende Oberflächendefekte an den Bauteilen führen allerdings zu einer Einschränkung der möglichen Einsatzgebiete. Um diese Fehlstellen zu vermeiden, ist eine komplizierte Temperaturführung während des Thermoformprozesses notwendig, wobei eine Anpassung der Halbzeug- sowie Werkzeugtemperatur in den meisten Fällen nicht möglich ist. Um die für die Oberflächenfehler verantwortliche Auskühlung des Organoblechs zu reduzieren, können wärmedämmende Werkzeugbeschichtungen eingesetzt werden. Diese sollen den Temperaturverlust während des Thermoformens verhindern und somit zu einer Steigerung der Oberflächenqualität führen. Der vorliegende Beitrag untersucht in diesem Zusammenhang am Beispiel eines Umformprozesses den Einfluss der Prozessparameter sowie ausgewählter Werkzeugbeschichtungen auf die Oberflächenqualität der Organoblech-Bauteile.
Aktualisiert: 2022-02-07
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Das Fused Deposition Modeling (FDM) ist ein Verfahren zur additiven Fertigung (AF), welches von der Firma Stratasys Ltd. (früher Stratasys Inc.) kommerzialisiert wurde. Heute existieren auch FDM Maschinen anderer Hersteller. Im Gegensatz zu den Maschinen von Stratasys können bei diesen die Prozessparameter frei gewählt werden. Dadurch ist die Verarbeitung herstellerfremder Materialien möglich. Wie in allen AF-Verfahren, werden im FDM bestimmte Anforderungen an die zu verarbeitenden Materialien gestellt. Die Materialien sollten daher speziell für das FDM ausgewählt bzw. entwickelt werden. Die für eine gute Verarbeitbarkeit notwendigen Materialeigenschaften sind aktuell jedoch nicht hinreichend bekannt. Vielmehr sind auch keine Vorgehensweisen bekannt, um die Verarbeitungseignung verschiedener Materialien im FDM zu bewerten.
Im Rahmen dieser Arbeit werden daher Vorgehensweisen vorgestellt, um die Verarbeitungseignung thermoplastischer Kunststoffe im FDM anhand bestimmter Merkmale zu bewerten. Die Schweißnahtqualität, der Bauteilverzug und die Gestaltungsfreiheit werden als wichtige Merkmale identifiziert. Unter Beachtung relevanter Einflussgrößen werden je Merkmal Probekörper und Prüfmethoden entwickelt, um merkmalspezifische Kennwerte zu definieren. Dadurch ist der Vergleich unterschiedlicher Materialien, unabhängig von der verwendeten Maschine und der Datenaufbereitung, möglich. Letztendlich werden verschiedene Materialmodifikationen auf Basis von PA 6 erstellt und mit Hilfe der vorgestellten Vorgehensweisen untersucht und bewertet.
Aktualisiert: 2021-07-15
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Aufgrund der deutlich unterschiedlichen Verarbeitungsbereiche von Polyhydroxybutyrat (PHB) und Polyamid 6 (PA 6) ist die gemeinsame Verarbeitung der beiden Polymere eine verfahrenstechnische Herausforderung. Um die Verträglichkeit und Prozessfähigkeit der PA 6-PHB-Blends beurteilen zu können, wurde somit zunächst ein geeigneter Aufbereitungsprozess auf einem Doppelschneckenextruder entwickelt. Zudem erfolgte die Herstellung von maleierten PHB (C) als Verträglichkeitsvermittler. An zwei- und dreikomponentigen Blends konnte gezeigt werden, dass die Herstellung der Blends möglich ist, diese jedoch zu ausgeprägter Koaleszenz neigen. Die C-Typen bewirken zwar teilweise eine Verfeinerung der Morphologie, vermeiden die Koaleszenz jedoch nicht effektiv. Durch rasterkraftmikroskopische Aufnahmen und mechanische Untersuchungen kann allerdings eine begrenzte Kompatibilisierwirkung nachgewiesen werden. Zudem wird deutlich, dass ein synergistischer Versteifungseffekt zu erhöhten Zugmoduln der Blends führt. Hierdurch werden im spritztrockenen Zustand bis zu 131% des reinen PA 6-Wertes und nach der Konditionierung 151% erreicht. Mittels dynamischer Differenzkalorimetrie und Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie konnte der Effekt auf die Erhöhung der Kristallinität zurückgeführt werden.
Aktualisiert: 2022-09-30
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Die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen sind in der Regel stark temperaturabhängig. Bei der mechanischen Deformation von Kunststoffen können durch Energieumwandlungsprozesse bedingte thermische Effekte zu signifikanten Temperaturänderungen im Werkstoff führen. Diese Temperaturänderungen wiederum beeinflussen zu jedem Zeitpunkt das lokale Materialverhalten des Werkstoffs und können sich somit auf den gesamten Deformations- und Versagensprozess signifikant auswirken. Vor allem unter kurzzeitdynamischer Belastung ist wegen der nahezu adiabaten Bedingungen mit starken lokalen Temperaturerhöhungen im Werkstoff zu rechnen. Bei der strukturmechanischen Auslegung von kurzzeitdynamisch belasteten Kunststoffbauteilen werden thermische Effekte in der Regel nicht explizit berücksichtigt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden zunächst die thermischen Effekte in Zug- und Schubversuchen an dem thermoplastischen Kunststoff Polyamid 6 (trocken) untersucht. Die umfangreichen Zugversuche deckten dabei den Temperaturbereich zwischen 25 °C und 120 °C und den Dehnratenbereich von 0,001 1/s bis 100 1/s ab. Neben einer lokalen Dehnungsmessung mittels Grauwertkorrelation erfolgte bei der Mehrzahl der Versuche die Erfassung der Probenoberflächentemperatur durch eine Infrarotkamera. Zur Bewertung der Zug-Druck-Asymmetrie wurden ergänzend noch quasistatische Druckversuche ohne Infrarotkamera durchgeführt. Basierend auf den Erkenntnissen aus der experimentellen Werkstoffcharakterisierung wurde ein phänomenologisches temperatur- und druckabhängiges elastisch-viskoplastisches Materialmodell entwickelt und in Form einer Benutzerroutine (Vumat) in die Finite-Elemente Software Abaqus/Explicit implementiert und validiert. Hervorzuhebende Eigenschaften des Materialmodells sind, dass es auch die verstärkten Eigenschaftsänderungen von Polyamid 6 im Glasübergangsbereich beschreibt sowie den Einfluss der thermischen Effekte mittels Energiequellterme berücksichtigt.
Aktualisiert: 2020-12-26
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Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Herstellung graphenmodifizierter Multifilamentgarne zur Entwicklung textiler Ladungsspeichersysteme. Hierzu wird in einem ersten Schritt der Stand der Forschung der bisherigen Herstellung von Graphen, von graphenmodifizierten Kompositmaterialien sowie graphen-modifizierten schmelzgesponnen Filamenten dargelegt. Auf Basis dieser Ergebnisse wird ein Entwicklungskonzept eines textilen Superkondensators erarbeitet und es werden wissenschaftliche und technische Fragestellungen abgeleitet. In einem nächsten Schritt erfolgt die Untersuchung verschiedener Graphen-Spezifikationen und Polymermaterialien in Compoundier- und Spinnversuchen im Pilotmaßstab. Anhand dieser Ergebnisse wird ein Pilot-Schmelzspinnversuch für ein Polymermaterial erarbeitet und anschließend ein Weiterverarbeitungsprozess zu Gewebestrukturen entwickelt. Es erfolgt die Herstellung und Charakterisierung textiler Superkondensatoren. Anschließend werden wissenschaftliche und wirtschaftliche Anknüpfungspunkte graphenmodifizierter Textilien erarbeitet, bevor die Dissertation mit einer kritischen Zusammenfassung abgeschlossen wird.
Aktualisiert: 2021-12-20
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