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Simulationsgestützte Gestaltung additiver Bauteile

- Simulation

- AKF

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Ziel des Forschungsvorhabens ist, das Verständnis der Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen im Strangablegeverfahren gefertigter strukturrelevanter Thermoplastbauteile aufzubauen und maßgeblich zu erweitern. Einerseits soll die Auswirkung der gewählten Prozessparameter auf die Ausbildung der anisotropen inneren Struktur der Thermoplastbauteile (Prozess-Struktur-Beziehung) grundlegend charakterisiert und zukünftig simulationsgestützt vorausgesagt werden. Damit lassen sich potenzielle Fehlstellen und Bauprobleme bereits vor der additiven Fertigung identifizieren und vermeiden. Andererseits sollen die resultierenden Bauteileigenschaften abhängig von der inneren Struktur beschrieben werden (Struktur-Eigenschafts-Beziehung). Hierbei werden sowohl eine Abschätzung der zu erwartenden Geometrieabweichungen aufgrund von Schwindung und Verzug, als auch die resultierenden mechanischen Eigenschaften (insbesondere Festigkeiten) betrachtet. Mit den angestrebten Forschungsergebnissen wird der derzeitige Wissensstand deutlich erweitert, sodass zukünftig eine Berücksichtigung bzw. Optimierung potentieller Fehlstellen und Bauprobleme bereits im Zuge der Bauteilauslegung erfolgen kann. Die Erkenntnisse sollen durch eine sequentielle Simulationsmethodik vom Prozess bis zur Strukturauslegung sowie durch die Ableitung konkreter Gestaltungsrichtlinien für die additive Fertigung unmittelbar für Unternehmen, speziell KMU, praktisch nutzbar gemacht werden.

Zur Erreichung des Forschungsziels werden die thermischen Eigenschaften des Materials, die innere Struktur additiv gefertigter Strukturen sowie der Einfluss der Fertigungsparameter auf die Maßhaltigkeit und das mechanische Verhalten (Festigkeiten) umfassend experimentell untersucht.

ABS_250°C

Bild 1: Thermografieaufnahme vom Strang

Auf dieser Basis können konkrete Gestaltungsrichtlinien für die additive Fertigung abgeleitet werden. Die quantifizierten Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen dienen darüber hinaus als Ausgangspunkt für die anwenderfreundliche sequentielle Simulationsmethodik, welche zukünftig die Simulation im Strangablageverfahren additiv gefertigter Bauteile vereinfachend ermöglicht. Die dokumentierte Methodik integriert dabei einerseits ein Materialmodell zur Struktursimulation sowie eine Strategie zur Prozesssimulation, die parallel zu den experimentellen Arbeiten speziell für additiv gefertigte Bauteile entwickelt und kontinuierlich optimiert werden.

Das Forschungsprojekt mit dem Förderkennzeichen 20727 BG wird über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschung (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Das Projekt läuft in Zusammenarbeit mit dem Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik.  ILK Logo