Additiv gefertigte Profilextrusionsdüse (Metal-FDM) – Entbindern/Sintern, Leistungsbewer-tung und Rapid-Prototyping für thermoplastische Pultrusion mit Naturfaser-Endlosfasern

Diese Arbeit untersucht die Machbarkeit, eine Profilextrusionsdüse mittels FDM aus metallgefülltem Filament zu drucken, anschließend zu entbindern und zu sintern, und die resultierende Werkzeugleistung im Extrusionsbetrieb zu bewerten. Im Fokus stehen erreichbare Düsengeometrien, Maßhaltigkeit und Festigkeit nach dem Sinterprozess sowie der Einfluss der Oberflächenrauheit auf Strömung, Druckverlust und Oberflächenqualität des Profils. Die Aufgabenstellung umfasst die eigenständige Werkzeugkonstruktion, die experimentelle Validierung an der Extrusionslinie und – bei erfolgreicher Demonstration – die Übertragung auf ein Rapid-Prototyping-Konzept für thermoplastische Pultrusion. Hierbei wird geprüft, wie durch die Integration von Endlos-Naturfasern (z. B. Flachs, Hanf) neue Materialkennwerte erschlossen werden können. Die Arbeit verbindet additive Fertigung, Werkzeugbau und Polymerschmelzverarbeitung.

Mögliche Aufgaben

• CAD-Konstruktion und Variantenstudien von Düsengeometrien (Einlauf, Verteiler, Spalt, Kalibrierung); fertigungsgerechte Auslegung für Metal-FDM.
• FDM-Druck mit metallgefülltem Filament (z.B. BASF Ultrafuse); Entbindern und Sintern (Dokumentation von Schwindung, Verzug, Dichte/Porosität); Ableitung von Korrekturfaktoren für die Maßkompensation.
• Charakterisierung der Werkzeugoberflächen (Rauheit, ggf. Nachbearbeitung wie Strahlen/Polieren) und der mechanischen/thermischen Belastbarkeit.
• Aufbau und Durchführung von Extrusionsversuchen: Temperaturführung, Stabilität/Standzeit der Düse, Einfluss der Rauheit und Geometrie auf Schmelzführung und Profilqualität.
• Bei Erfolg: Konzeption eines Setups für thermoplastische Pultrusion; Einzug/Imprägnierung von Endlos-Naturfasern; Untersuchung von Tränkung, Fasergehalt und Haftung sowie mechanischer Kennwerte der erzeugten Stränge/Profile.
• Auswertung (z. B. einfache Strömungsmodelle, Schwindungsmodelle), Ableitung von Designregeln und Empfehlungen; strukturierte Dokumentation.

Profil

• Studium in Materialwissenschaft(en), Maschinenbau (fertigungs-/werkstoffnah), Verfahrenstechnik oder vergleichbar.
• Interesse an additiver Fertigung, Kunststoffverarbeitung und Werkzeugbau; sorgfältige, experimentell geprägte Arbeitsweise.
• Wünschenswert: Erfahrung im 3D-Druck (insb. FDM), CAD (z. B. SolidWorks/Fusion/Creo), Grundkenntnisse Extrusion/Rheologie; erste Berührung mit Entbindern/Sintern oder Metall-FFF von Vorteil; sichere Datenauswertung (z. B. Python/Excel/Origin).

Rahmen

• Abschlussarbeit (Bachelor/Master) oder längeres Forschungspraktikum.
• Start: flexibel; Umfang und Dauer je nach Format (typisch 3–6 Monate für Abschlussarbeiten, 3–9 Monate für Praktika).

Bewerbung/Kontakt

Bei Fragen oder Interesse bitte per E-Mail melden an: Philipp von Güldenstubbe