Multidirektionaler Aufbau in der additiven Fertigung von Kunststoffen

Hohenstein, Steffen Niklas; Burggräf, Peter; Schuh, Günther

doi:HT030690299

Multidirektionaler Aufbau in der additiven Fertigung von Kunststoffen = Multidirectional structure in additive manufacturing of polymers

Hohenstein, Steffen Niklas^RWTH*

2024

VerantwortlichkeitsangabeSteffen Hohenstein

Ausgabe1. Auflage

ImpressumAachen : Apprimus Verlag 2024

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

ISBN978-3-98555-203-0

ReiheErgebnisse aus der Produktionstechnik ; 2024,7

Dissertation, RWTH Aachen University, 2023

Druckausgabe: 2024. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Schuh, Günther (Thesis advisor)^RWTH* ; Burggräf, Peter (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2023-10-17

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2024-02438
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/980654/files/980654.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
5-achsige Maschine (frei) ; Festigkeit (frei) ; Kunststoff (frei) ; Materialextrusion (frei) ; additive Fertigung (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die additive Fertigung gilt als flexible Technologie und verspricht einen bedeutenden Beitrag zur Ressourcenschonung. Allerdings zeichnet sich vermehrt ein wirtschaftliches Defizit ab, insbesondere hinsichtlich der Prozesszeiten und Bauteilfestigkeiten. Die traditionelle Herstellung durch Materialextrusion zeigt Ineffizienzen bei der Umsetzung komplexer Bauteilstrukturen. Die Delamination, das Abgleiten der Schichten bei Querkräften, führt zu eingeschränkten mechanischen Eigenschaften. Wirtschaftliche Defizite offenbaren sich in höheren Nachbearbeitungskosten aufgrund der Stützstrukturen und des Arbeitsaufwands für die Entfernung bei geometrisch komplexen Anwendungen. Durch den Einsatz einer 5-achsigen Maschine sollen die Potenziale der multidirektionalen additiven Fertigung von Kunststoffen erschlossen werden. Die Erhöhung der Freiheitsgrade in der Materialextrusion soll eine kostengünstigere Produktion von additiv hergestellten Bauteilen durch die Integration von Prozessschritten in Aussicht stellen. In der 3+2 Achsbearbeitung erhöht sich die Anzahl der einstellbaren Prozessparameter, sodass geeignete Strategien und Lösungsansätze entwickelt werden können. Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, ein Verhaltensmodell der multidirektionalen additiven Fertigung zu entwickeln, um die Festigkeitseigenschaften von Kunststoffbauteilen zu maximieren. Die Prozessparametrisierung der multidirektionalen Fertigung stellt die wesentliche Herausforderung dieser Arbeit dar. Der Aufbau orientiert sich zur systematischen Beweisführung an den Phasen Theoriebildung, experimentelle Untersuchung, Modellbildung und Überprüfung. Die Diskussion zu problemrelevanten Methoden und Ansätzen aus der Theorie bildet die Grundlage für die Konzeption des Modells. Die Detaillierung des Lösungsansatzes wird durch eine experimentelle Analyserepräsentiert, und die darauf basierenden Daten sollen für die Modellbildung genutzt werden, um Festigkeiten an Segmentübergängen beim multidirektionalen Aufbau zu ermitteln.

Additive manufacturing is considered a flexible technology and holds great promise in resource conservation. However, an increasing economic deficit is evident, particularly in terms of process times and component strengths. Traditional manufacturing through material extrusion reveals inefficiencies in realizing complex component structures. Delamination, the sliding of layers under lateral forces, leads to restricted mechanical properties. Economic deficits manifest in higher post-processing costs due to support structures and the labor-intensive removal process for geometrically complex applications. The use of a 5-axis machine aims to unlock the potentials of multidirectional additive manufacturing of polymers. Increasing the degrees of freedom in material extrusion is expected to enable a more cost-effective production of additively manufactured components through the integration of process steps. In 3+2 axis machining, the number of adjustable process parameters increases, allowing for the development of suitable strategies and solutions. The objective of this work is to develop a behavioral model of multidirectional additive manufacturing to maximize the strength properties of polymer components. The process parameterization of multidirectional manufacturing represents the main challenge of this work. The structure follows a systematic approach, encompassing phases such as theory formation, experimental investigation, model formation, and verification.The discussion of theory-based methods and approaches forms the basis for the model's conception. The detailing of the solution approach is represented by an experimental analysis, and the data collected will be used for model formation to determine strengths at segment transitions in multidirectional construction.

OpenAccess:
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