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Forschungsarbeiten: Additive Fertigung

Evaluation der mechanischen Eigenschaften 3D- gedruckter Prüfstäbe

Themenbeschreibung

Die Verarbeitung von Biokunststoffen zu hochtechnischen Anwendungen ist noch nicht weit vorangeschritten. Die Herstellungsmöglichkeit von beispielsweise PLA im 3D-Druck lässt allerdings die Kombination aus abbaubaren Materialien und komplexen Geometrien zu.

Generell können durch 3D-Prozesse Strukturen material- und belastungseffizient hergestellt werden, da der Werkstoff dort appliziert werden kann, wo er gebraucht wird.

Die Stabilität im Inneren der Struktur kann durch Füllelemente erzielt werden, die die Außenstruktur stützen und auch eine Materialverstärkung hervorrufen. 

Arbeitsumfang

  •  Konstruktion von Probekörpern gemäß DIN EN ISO 527-1, Typ 1A mit geschlossener Oberfläche
  •  Bestimmung der optimalen Verarbeitungstemperatur
  •  Variation der Körperstützstruktur
  •  Betrachtung des Schrumpfverhaltens und der Oberflächengüte
  •  Mechanische Prüfung der Strukturen unter Zugbelastung
  •  Evaluierung der optimierten Fertigungsbedingung

Betreuer: Dr. L. Steuernagel

Evaluation von 3D-Druck-Materialien zur Herstellung druckstabiler Formen

Themenbeschreibung

Durch Verwendung der Stereolithografie können aus duromeren (photosensitiven) Harzsystemen mittels UV-Bestrahlung dreidimensionale Strukturen hergestellt werden.

Derartige Bauteile werden im Allgemeinen noch einer UV-Nachhärtung unterzogen, bei der noch vorhandene Reaktionszentren abgebaut werden und die Vernetzungsdichte heraufgesetzt wird.

Dennoch ist nicht bekannt, inwieweit die Nachhärtung eine Veränderung der mechanischen Eigenschaften bewirkt oder nach welcher Nachhärtezeit die vollständige Aushärtung erreicht ist. Auch kann derzeit keine Aussage getroffen werden, welche Auswirkungen auf die resultierenden mechanischen Eigenschaften ein thermisches Nachhärten hat.

Arbeitsumfang

  •  Erzeugung von flächigen Strukturen unterschiedlicher Dicke mittels Stereolithografie
  •  Bestimmung der Maßhaltigkeit und mechanischer Eigenschaften der flächigen Struktur bei verschiedenen Nachhärteprozessen
  •   Beschreibung des Aushärtegrades/der Glasübergangstemperatur in Abhängigkeit des zeitlichen Verlaufes des Nachhärteprozesses
  •  Evaluation des optimierten Nachhärteprozesses

Betreuer: Dr. L. Steuernagel

Evaluation des Strukturaufbaus auf die Kompressionseigenschaften 3D-gedruckter Materialien

Themenbeschreibung

Der 3D-Druck eröffnet die Herstellung von Strukturen, die mittels anderer Fertigungsverfahren nur sehr zeit- und/oder kostenintensiv hergestellt werden können oder die überhaupt erst gar nicht herstellbar sind.

Auch wird durch dieses Herstellungsverfahren ermöglicht, über bzw. entlang der Struktur lokal aufgelöst definierte Eigenschaften zu variieren. Dies kann einem Gradienten folgen, allerdings auch eine punktuelle Verteilung ergeben.

So ist in dieser Forschungsarbeit zu evaluieren, wie innerhalb einem vorgegebenen flächigen Bauteil die Konstruktions- und Fertigungsparameter anzupassen sind, damit unterschiedliches Kompressionsverhalten erreicht werden kann.  

Arbeitsumfang

  •  Evaluierung geeigneter Materialien für den 3D-Druck für Kompressionsbelastung der Struktur
  •  Anpassung von 3D-Fertigungsparametern
  •  Optimierung der strukturellen Auflösung
  •  Herstellung der Struktur
  •  Bestimmung der Kompressionseigenschaft in Abhängigkeit der Fertigungsparameter
  •  Erarbeitung eines Leitfadens für Verwendung kompressibler Materialien im 3D-Druck

Betreuer: Dr. L. Steuernagel

Herstellung und Verarbeitung von Materialien für den Metallpulverspritzguss

Themenbeschreibung

Zur Erzeugung metallischer Strukturen sind oftmals komplexe Verarbeitungsschritte notwendig bzw. einige besondere Anwendungen gar nicht zu erzeugen.

Allerdings können derartige Strukturen auch prozesstechnisch über das Spritzgießen erreicht werden, wobei das Metallpulver mit einem fließfähigen Bindersystem in eine Form überführt wird (MIM), die nachfolgend noch temperaturbehandelt werden muss, damit das Kunststoffbindersystem entfernt werden kann.

Ziel der Arbeit ist es, entsprechende Kunststoffbindersysteme im Compoundierprozess für Metallpulver zu evaluieren und die Fließfähigkeit nachfolgend im Spritzgussprozess zu untersuchen. Hierzu werden Fließwegspiralen spritzgegossen und rheologische Untersuchungen vorgenommen. Weiterhin können an Standradprobekörpern mechanische Kennwerte des erhaltenen Compounds aufgenommen werden.

Arbeitsumfang

  •  Herstellung von Metallpulver-Bindersystemen auf Basis von Literaturquellen
  •  Bestimmung des Fließverhaltens der MIM-Materialien
  •  Spritzguss von Probekörpern
  •  Evaluierung einer Prozesskette zur Erzeugung eines finalen Probekörpers
  •  Bestimmung der mechanischen Eigenschaften

Betreuer: Dr. L. Steuernagel

 

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