Für die additive Fertigung von auxetischen Strukturen sind spezielle Materialeigenschaften notwendig. Modifiziertes PLA lässt sich im Strangablegeverfahren zu entsprechenden Bauteilen verarbeiten. Blends aus PLA und PBAT bieten sich dafür besonders an.

Bio-Blends für den 3D-Druck von auxetischen Strukturen

Verfahren für die additive Fertigung

Kunststoffe, biobasiert

Kunststoff Werkstoffe

Biokunststoffe

Polylactid

Thermoplaste

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Additive Fertigung

Modifiziert, biobasiert und 3D-druckbar

Für FFF- und FDM-Drucker hat Evonik ein PEEK vorgestellt. Das Material wurde speziell für medizintechnische Anwendungen wie Prothesen, OP-Instrumente und Hörgeräte entwickelt.

Polyetherketon

Hochleistungskunststoffe

Werkstoffe für additive Verfahren

Andere Werkstoffe

Biokompatibles und einfach verarbeitbares PEEK

Polymaker bietet künftig das 3D-Druck-Filament Polymaker PC-r aus recyceltem Polycarbonat (PC) an. Das PC für die Filamente stammt von dem Werkstoffhersteller Covestro und besteht aus einer Kombination von wiederaufbereiteten Kunststoffabfällen und Neuware.

Technische Kunststoffe

Filamente für additive Verfahren

Polycarbonat

Kunststoff-Rezyklat

Aus Wasserflaschen  werden Filamente

Die Umsetzung von Serienanwendungen im Lasersintern wird gegenwärtig noch durch eine unzureichende Materialvielfalt gehemmt. Viele wichtige Konstruktionswerkstoffe aus der traditionellen Kunststoffverarbeitung waren für das Verfahren bisher nur eingeschränkt verfügbar. PA 66 und PBT erweitern das Einsatzgebiet des Lasersinterns erheblich und zeigen in vielen Fällen bessere Eigenschaften als klassische PA-11- und PA-12-Materialien.

Lasersintern mit PA 66 und PBT

Polybutylenterephthalat

Polyamide

Selektives Lasersintern von Kunststoff, Metall, Keramik

Pulverbettverfahren

Vom Spritzgießen in den 3D-Druck

Die Produktion wird immer flexibler, diversifizierter und dezentralisierter. Entscheidend tragen dazu zweifellos die additiven Fertigungsverfahren bei, die auch den Wandel vom produktionsbasierten Design zur designgetriebenen Produktion einleiten. Der 3D-Druck-Dienstleister FIT entwirft in diesem Beitrag ein Best-Practice-Panorama heutiger Technologien.

Was additive Kunststoff-Fertigung zu leisten vermag. Die Sicht eines Full-Service-Providers

Anlagen für die Additive Fertigung

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Kunststoff

Anlagen für die Stereolithografie, Kunststoff

Anlagen Selektives Lasersintern, Kunststoff

3D-Druck-Anlage, pulverbettbasiert, Metall

Anlagen Additive Fertigung / 3D-Druck, Metall

SLA (Stereolithografie) Kunststoff

Flüssigmaterialverfahren

3D-Druck-Anlage, strahlbasiert, Metall

3D-Drucker (für FDM, FFF, etc.)

Fused Deposition Modeling Kunststoff, Glas, Karbon, Metall

Freiraumverfahren

Feiner, größer, schneller

Rehau hat jetzt ein additives Fertigungsverfahren in der Entwicklung, um große Kunststoff-Schächte in Losgröße 1 praktisch wie in einer Serienproduktion herzustellen. Eine bemerkenswerte Entwicklung, die Bauzeiten entscheidend verkürzt und Arbeitsabläufe effizienter macht.

Additives Fertigungsverfahren verkürzt Prozesskette im Tiefbau

Hoch- und Tiefbau

Baubetrieb / Bauwirtschaft

Binnen einer Woche zum maßgeschneiderten Großbauteil

Das chemische Recycling galt lange als unfertige Ergänzung zu etablierten werkstofflichen Verfahren. Mittlerweile befinden sich allerdings einige Technologien auf dem Sprung in den großindustriellen Einsatz: ein Überblick über die verschiedenen Verfahren und Anbieter.

Überblick über die verschiedenen Verfahren und Anbieter

Recycling

Umweltmanagement

Polypropylen

Polyurethan

Kunststoff-Recycling

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Kunststoff-Aufbereitung

Was tut sich beim chemischen Recycling?

Komponenten in Solarkraftwerken sind harten Umwelteinflüssen ausgesetzt. Die dafür genutzten Kunststoffe müssen diesen schwierigen Bedingungen standhalten. Lösen lassen sich diese Herausforderungen mithilfe von selbstschmierenden, UV-beständigen Kunststoffcompounds.

Selbstschmierende Lagerbuchsen aus POM für Solaranlagen

Solar / PV

Energieerzeugung

Erneuerbare Energie

Polyoxymethylen

Der Sonne trotzen

Das Treibhausgas CO2 kann mithilfe neuer Technologien und zusammen mit weiteren chemischen Derivaten zu Kunststoff-Vorprodukten umgewandelt werden. Covestro entwickelt auf dieser Rohstoffbasis nachhaltige Dämmstoffe für den Bausektor.

Polyurethan-Schaumstoffe (PUR)

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Dämmstoffe

Schaumstoffe und Vorprodukte

Dämmplatten für Gebäude binden Treibhausgase CO2

Die Grenzflächendichtheit hybrider Kunststoff-Metall-Verbunde wie spritzgegossener Stecker stellt ein maßgebliches Qualitätsmerkmal dar. Bislang fehlt es allerdings an einer geeigneten Messtechnik, mit der sich die Mediendichtheit solcher Formteile exakt quantifizieren lässt. Ein neues Verfahren liefert deutlich genauere Ergebnisse als bisherige Prüfmethoden.

Messmethode für die exakte Bestimmung von Leckagen an Kunststoff-Metall-Verbunden

Messtechnik

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

Prüfen von Kunststoffen

Stecker

Elektromechanik

Steckverbinder

Wie dicht sind Stecker wirklich?

Mithilfe der Rasterkraftmikroskopie lassen sich verschiedene Eigenschaften von Kunststoffoberflächen bestimmen. Allerdings war bisher für unterschiedliche Messmethoden ein Wechsel der Hardware am Prüfkopf notwendig. Eine spezielle Sensortechnologie macht den Austausch des Kopfs unnötig.

Kunststoffoberflächen einfacher mit Rasterkraftmikroskopie untersuchen

Polymethylmethacrylat

Charakterisierung ohne Prüfkopfwechsel

Auch für die deutschen Kunststofferzeuger war 2020 ein schwieriges Jahr. Sie mussten einen deutlichen Umsatzrückgang verkraften. Verbessern könnten die Lage in diesem Jahr Impulse aus den USA.

Streifinger, Florian

Verbände, Institutionen, Messen

Dienstleistungen

Deutlicher Umsatzrückgang bei den Kunststofferzeugern

Um das Design und die Herstellung von Verpackungen zu verbessern, haben Sabic und KraussMaffei ein gemeinsames Entwicklungszentrum in der Schweiz eröffnet. Dieses bietet Kunden der beiden Unternehmen Hilfestellung bei der Entwicklung neuer dünnwandiger Verpackungen. Im Mittelpunkt stehen dabei unter anderem eine bessere Kreislaufführung der Verpackungen und reduzierte Zykluszeiten und ein geringerer Energieverbrauch in der Produktion.

Sabic und KraussMaffei eröffnen Entwicklungszentrum für Thin-Wall-Verpackungen

Verpackungsmaterial

Logistik

Spritzgießmaschinen, allgemein

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Spritzgießmaschinen

Verpackungstechnik

Kunststoffverarbeitung

Lohnfertigung

Verpackungsmaschinen

Ganzheitlicher Ansatz fürs Verpackungsdesign

Der Ersatz von Metallen durch Kunststoffe ist bei vielen Bauteilen eine interessante Möglichkeit, um Gewicht zu sparen und eine höhere Designfreiheit zu erhalten. Bei verschiedenen Anwendungen spielt dabei auch die Wärmeleitfähigkeit der Polymere eine wichtige Rolle. Um diese zu steigern, kommen verschiedene Additive in Frage. Welche dafür besonders geeignet sind, hat Domo Engineered Materials bei der Entwicklung zweier Polyamid-Familien untersucht.

Welche Füllstoffe sich am besten für wärmeleitfähige Kunststoffe eignen und wie sich damit Metall ersetzen lässt

Additive

Wärmetransport mit Kunststoff  statt mit Metall

Leichtbau ist eine Möglichkeit, den CO2 -Ausstoß etwa von Fahrzeugen zu reduzieren. Auch bei den eingesetzten Materialien lässt sich der CO2 -Verbrauch durch den Einsatz von Biokunststoffen verringern. Die Entwicklung eines biobasierten duroplastischen Materials zeigt, dass sich Biokunststoffe für die Herstellung von SMC-Halbzeugen eignen.

Duroplast mit geringerer Dichte auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen

Composite-Halbzeuge

Halbzeuge und Zwischenprodukte spanend

Halbzeuge und Zwischenprodukte spanlos

Faserverbundwerkstoffe

Leichter mit Biokunststoff

Schnell optimale Prozessparameter für 3D-Druck-Werkstoffe ermitteln

Für additive Fertigungsverfahren bestehen noch Einschränkungen durch das Angebot an druckbaren Materialsystemen. Für die Weiterentwicklung ist u. a. ein umfassenderes Prozessverständnis unabdingbar. Systematische Untersuchungen sowie numerische Simulationen für das Fused Layer Modeling veranschaulichen die Vorgänge beim Aufschmelzen von Filamenten. Die Ergebnisse unterstützen bei der Auslegung des Prozesses und erleichtern die Beurteilung, wie gut sich neue Materialien additiv verarbeiten lassen.

Designfreiheit, serielle Maßanfertigungen, Abfallminimierung und die Möglichkeit der Herstellung komplexer Strukturen sind nur einige Vorteile der additiven Fertigung (engl. Additive Manufacturing, AM) [1]. Wegen ihrer großen Flexibilität und der Möglichkeit zur Produktanpassung wurde sie ursprünglich für die Herstellung von Prototypen eingesetzt. Inzwischen haben sich AM-Verfahren in einigen Bereichen auch für die vollständige Produktion von Bauteilen etabliert. Die Bauteile werden jedoch immer noch hauptsächlich für Anwendungen eingesetzt, die kein hohes Maß an Teilefunktionalität und -leistung erfordern [1, 2].

Die Vorteile additiver Fertigungsverfahren kommen vor allem in der biomedizinischen Industrie, der Medizintechnik und der Luft-, Raumfahrt-, Bau- und Automobilindustrie zum Tragen. In diesen Bereichen steigt die Nachfrage nach möglichst leichten, funktionellen und kostengünstigen Materialsystemen, die zudem die Anforderungen an Nachhaltigkeit und Leistung erfüllen können. Viele Forschungsarbeiten zielen deshalb darauf, AM-Prozesse für neue technische Materialsysteme weiterzuentwickeln, um so deren Nutzung in der industriellen Produktion auszuweiten [2].

Unter den verschiedenen AM-Verfahren ist das Fused Layer Modelling (FLM) eine der am häufigsten verwendeten Techniken. Das Extrusionsverfahren wird auch als Fused Filament Fabrication (FFF) bezeichnet und ist unter der Abkürzung FDM bekannt, als eingetragene Marke für Fused Deposition Modeling. Bei dieser Technik werden thermoplastische Kunststoffe mithilfe einer beheizten Düse im sogenannten Hotend teilweise aufgeschmolzen, extrudiert und nach einem vorab festgelegten Schichtmodell strangförmig abgelegt [3]. Für eine gute Produktqualität ist u. a. das verwendete Hotend-Design entscheidend (Bild 1).

Anders als bei der konventionellen Schneckenextrusion, bei der eine erhebliche Wärmemenge durch viskose Erwärmung erzeugt wird, hat der Kunststoff im FLM-Verfahren eine kurze Verweilzeit. Die Wärme wird dabei größtenteils durch die vom Heizblock beheizte Wand weitergegeben. Die Strömung der Kunststoffschmelze wird vor allem durch den Druck des festen Filaments erzeugt, welches als Kolben fungiert. Das erzeugt einen kontinuierlichen Prozess, der sich deutlich von konventionellen Extrusionsprozessen unterscheidet. Daher sind spezifische Berechnungsmodelle und systematische experimentelle Untersuchungen nötig, um die Vorgänge in der Düse beim FLM-Verfahren materialabhängig zu verstehen und vorhersagen zu können [4].

Zur Beschreibung des statischen Extrusionsprozesses in der Filamentdüse bildet die sogenannte Boussinesq-Näherung die Grundlage für die numerische Modellierung des nicht-isothermen Verfahrens [5]. Diese enthält neben der bekannten Navier-Stokes-Gleichung einen zusätzlichen Term, der die Temperaturabhängigkeit der Dichte eines Materials berücksichtigt. Zur Simulation der scherratenabhängigen Viskosität η kommt das für die Kunststoffverarbeitung übliche Carreau-Modell [6] zum Einsatz. Um die Temperaturabhängigkeit der Viskosität darzustellen, wird die ebenfalls häufig eingesetzte WLF-Funktion verwendet [7]. Diese Verschiebung ist allerdings nur für den flüssigen, aufgeschmolzenen Zustand gültig. Da angenommen wird, dass in der FLM-Düse ein Phasenübergang von festem Filament zu flüssiger Schmelze vorliegt, muss das berücksichtigt werden. Zur Lösung dieses Problems wird das unaufgeschmolzene Material als Flüssigkeit mit sehr hoher Viskosität, von bis zu 106 Pa · s, definiert. Der Phasenübergang ist mittels einer kontinuierlichen Jump-Funktion darstellbar, die sich wie folgt beschreiben lässt:

Ein geeignetes Hilfsmittel zur Vorhersage der Fließvorgänge ist die Simulation der numerischen Strömungsmechanik (engl. Computational Fluid Dynamics, CFD). Durch die Wahl der richtigen Randbedingungen ist eine Berechnung von Druck, Temperatur und Fließgeschwindigkeit des Filaments möglich (Bild 2). Zur Modellierung der Wärmeübertragung kann für langsame Einzugsgeschwindigkeiten von einem perfekten Kontakt zwischen beheizter Düsenwand und Filament ausgegangen werden. Bei zunehmend höheren Geschwindigkeiten werden dagegen Wandgleitbedingungen festgelegt, über deren Länge keine Wärmeübertragung zwischen Düsenwand und Filament angenommen wird. Die Wandgleitlängen werden bei der Simulation unter Variation der Prozessparameter basierend auf den experimentellen Daten festgelegt und mit den Beobachtungen aus den Aufschmelzuntersuchungen verglichen.

CFD-Simulationen experimentell  bestätigen

Um die Eignung der CFD-Simulation für die Vorhersage der Fließvorgänge zu bestätigen, wurden am SKZ – Das Kunststoffzentrum und der TU Dortmund entsprechende Untersuchungen durchgeführt. Die Validierung der numerischen Berechnungsergebnisse erfolgte durch experimentelle Daten aus Druckversuchen. Dafür wurde eigens ein Stativaufbau mit einem V6-Hotend und der Düse V6–175-Nozzle-400 des Unternehmens E3D-Online entwickelt. Der Aufbau umfasst außerdem eine Plattformwägezelle, die die Messung der benötigten Vorschubkraft beim Extrusionsprozess in Abhängigkeit der Druckparameter ermöglicht. Diese Erhebung der Kraftmesswerte im FLM-Verfahren wurde schon einige Male angewandt [8, 9]. Bei den Untersuchungen erfolgte erstmals zusätzlich die Aufzeichnung der Extrudattemperatur nach der Düse durch Implemen tierung einer Thermografiekamera (Typ: VarioCAM hr, Hersteller: InfraTec GmbH) in den Aufbau (Bild 3).

Für die Betriebspunkte wurden die Düsentemperatur und Einzugsgeschwindigkeit variiert und deren Einflüsse auf die nötige Vorschubkraft und Extrudattemperatur anhand von zwei Acrylnitril-Butadien-Styrolen (ABS) unterschiedlicher Viskosität untersucht. Bild 4 zeigt die aufgezeichnete Kraft F in Abhängigkeit der Einzugsgeschwindigkeit und Heizblocktemperatur T beim Verdrucken des Materials Novodur H605 (MVR = 25 cm³ / 10 min) von Ineos Styrolution. Dabei zeigte sich eine Erhöhung der benötigten Vorschubkraft mit steigender Einzugsgeschwindigkeit. Eine Erhöhung der Düsen- bzw. Heizblocktemperatur führte dagegen zu niedrigeren Vorschubkräften, hervorgerufen von der niedrigeren Viskosität bei höheren Temperaturen.

Ab einer bestimmten Einzugsgeschwindigkeit lässt sich eine Zunahme der Steigung der Messkurven beobachten. Wird dieser Übergang durch eine zweiseitige lineare Regression ermittelt [8], kann der Schnittpunkt beider Regressionsgeraden als Maß für den Beginn des instabilen Extrusionsbereichs angenommen werden (Bild 4). Ab diesem Punkt fluktuierten die Kraftmessungen stark, was vermutlich auf unzureichend aufgeschmolzenes Material zurückzuführen ist. Das zweite untersuchte Material Novodur P2H-AT (MVR = 37 cm³ / 10 min) von Ineos Styrolution wies aufgrund der niedrigeren Viskosität um bis zu 17 % höhere Einzugsgeschwindigkeiten am Übergang zum instabilen Extrusionsbereich auf, bei zwischen 15 - 20 % verringertem Kraftverbrauch gegenüber Novodur H605.

Für ein besseres Verständnis dieser Vorgänge in der Druckerdüse muss eine Untersuchung des Aufschmelzverhaltens erfolgen. Das beinhaltet vor allem die Ermittlung des Anteils an festem Filament sowie dessen Position in der Düse in Abhängigkeit der Druckparameter. Aber auch der Rückstau von Schmelze in Richtung des Düseneingangs durch die beschriebene Stempelwirkung ist von Bedeutung für die Beschreibung der Wärmevorgänge.

Dementsprechend wurden Dead-Stop-Versuche [10, 11] mittels zweifarbiger Filamente an ausgewählten Betriebspunkten durchgeführt. Bei diesen wurden zunächst die noch nicht aufgeschmolzenen Anteile der Stränge sowie die daran haftende zurückgestaute Schmelze betrachtet (Bild 5). Die so bestimmten Positionen des Feststoffanteils in der Düse sowie die Rückstaulängen der Schmelze können später genutzt werden, um die entwickelten Modelle zu prüfen. Bei der Erstellung der CAD-Modelle wurde auf die frei zugänglichen technischen Zeichnungen von E3D-Online zurückgegriffen.

Die Aufzeichnung der Extrudattemperatur zeigt eine Abnahme der Temperatur mit steigenden Einzugsgeschwindigkeiten (Bild 4). Das lässt vermuten, dass der Wärmeübergang zwischen Filament und Düsenwand unzureichend für die Schmelze ist, um die eingestellte Heizblocktemperatur zu erreichen.

Der Unterschied zwischen der Düsen- und Extrudattemperatur betrug dabei bis zu 90 °C. Die Messungen zeigten zu Beginn jeder Kurve eine Zunahme der Temperatur mit der Einzugsgeschwindigkeit, was vermutlich auf die Abkühlung der Stränge bis zum Erreichen der Messlinie der Thermokamera bei langsamen Extrusionsgeschwindigkeiten zurückzuführen ist. Das wird auch durch die beobachtete Zunahme dieses Effekts bei höheren Heizblocktemperaturen bestätigt. In dem Geschwindigkeitsbereich der instabilen Extrusion erreicht zunehmend festes Filament die Verjüngung der Druckerdüse, was wie oben beschrieben zu erhöhten Normalkräften im Hotend und zu erhöhter Scherung führt. Die dabei entstehende Wärmedissipation könnte dabei der Grund für die erhöhten Extrudattemperaturen sein, die in diesem Bereich beobachtet wurden.

Die in den bisherigen Arbeiten wichtigsten Ergebnisse der numerischen Berechnungsmodelle werden im Folgenden vorgestellt. Dabei liegt ein besonderer Fokus auf der Darstellung der modellierten Vorschubkraft und der Viskositätsverteilung in der Düsengeometrie im Vergleich zu den oben beschriebenen experimentellen Daten. Durch die bisher getroffenen Annahmen kann der Kurvenverlauf der benötigten Kraft F in Abhängigkeit der Einzugsgeschwindigkeit v gut dargestellt werden (Bild 5). Die Abweichungen lagen größtenteils innerhalb von ± 15 %. Das Modell erfasst die Änderung der Kurvensteigungen, die den Übergang von der stabilen zur instabilen Extrusion markiert. Damit können die benötigten Kräfte und somit die realisierbaren Extrusionsgeschwindigkeiten abgeschätzt werden.

Für die Viskosität des festen Filaments wurde eine Viskosität von 106 Pa · s angenommen. Die Simulationen ergeben ebenfalls ein zunehmendes Wandern von festem Filament in Richtung Düsenausgang bei steigenden Einzugsgeschwindigkeiten. Das steht qualitativ in Übereinstimmung mit den Beobachtungen aus den zuvor durchgeführten Dead-Stop-Versuchen.

Die passende Kombination von  Prozess und Material

Die durchgeführten systematischen Untersuchungen und die numerischen Modellierungen des FLM-Druckprozesses tragen dazu bei, die bisherigen Erkenntnisse zu den Prozessvorgängen des additiven Fertigungsverfahrens zu vertiefen. Mit der dargestellten CFD-Simulation zur Beschreibung der Fließvorgänge von ABS in einer FLM-Düse können durch die Annahme von temperatur- und geschwindigkeitsabhängigen Wandgleitbedingungen die Vorschubkräfte beim Druckprozess gut reproduziert werden. Trotz der vereinfachten Betrachtung einer rein strukturviskosen Strömung, ohne dabei viskoelastische Effekte zur berücksichtigen, ermöglichen die Simulationen die materialabhängige Abschätzung eines stabilen Extrusionsbereichs für ABS. Auch im Vergleich zu den Aufschmelzuntersuchungen zeigen die Berechnungen entsprechende Tendenzen, die den experimentellen Daten entsprechen. In weiterführenden Arbeiten müssen die Modellierung an die Ergebnisse der Aufschmelzversuche angepasst und basierend darauf geeignete Parameter für die Simulation identifiziert werden.

Ausgehend davon ist es nun möglich, an numerischen Studien zu untersuchen, welche Kombinationen von Prozessparametern und Materialeigenschaften gewählt werden sollten, um den Druckprozess optimal auszulegen. Gemeint ist damit die Verschiebung der Position des unaufgeschmolzenen Filamentkegels in Richtung Düseneingang, um dadurch die Normalkräfte gering und das stabile Prozessfenster für den Druck groß zu halten.

Da bei den bisherigen Modellierungen lediglich die Düsengeometrie selbst betrachtet wurde, ist die Erweiterung der Simulationsumgebung der nächste anstehende Schritt. Auf diese Weise lässt sich sowohl das Aufschmelzen bis zur Heatbreak-Sektion als auch die Extrudattemperatur am Düsenauslass darstellen. Zudem steht die Betrachtung teilkristalliner Materialien im weitergehenden Fokus. Diese unterscheiden sich beim Phasenübergang hinsichtlich ihres Erweichungs- und Aufschmelzverhaltens und ihrer Wärmekapazität gänzlich von dem bisher untersuchten amorphen ABS.

[1] Daminabo, S. C.; Goel, S.; Grammatikos, S. A.; Nezhad, H. Y.; Thakur, V. K.: Fused deposition modeling-based additive manufacturing (3D printing): techniques for polymer material systems Materials Today Chemistry (16), S. 100248f.

[2] Jaisingh Sheoran, A.; Kumar, H.: Fused Deposition modeling process parameters optimization and effect on mechanical properties and part quality: Review and reflection on present research Materials Today: Proceedings (21), S. 1659–1672

[3] Kumke, M.: Methodisches Konstruieren von additiv gefertigten Bauteilen. Springer Fachmedien Wiesbaden, Wiesbaden 2018

[4] Phan, D. D.; Swain, Z. R.; Mackay, M. E.: Rheological and heat transfer effects in fused filament fabrication Journal of Rheology (62) H. 5, S. 1097–1107

[5] Damanik, H.; Hron, J.; Ouazzi, A.; Turek, S.: A monolithic FEM-multigrid solver for non-isothermal incompressible flow on general meshes Journal of Computational Physics (228) H. 10, S. 3869–3881

[6] Bird, R. B.; Armstrong, R. C.; Hassager, O. Dynamics of polymeric liquids: Fluid mechanics / R. Byron Bird … ; Vol. 1. 2. ed. Wiley, New York 1987

[7] Williams, M. L.; Landel, R. F.; Ferry, J. D.: The Temperature Dependence of Relaxation Mechanisms in Amorphous Polymers and Other Glass-forming Liquids Journal of the American Chemical Society (77) H. 14, S. 3701–3707

[8] Nienhaus, V.; Smith, K.; Spiehl, D.; Dörsam, E.: Investigations on nozzle geometry in fused filament fabrication Additive Manufacturing (28), S. 711–718

[9] Serdeczny, M. P.; Comminal, R.; Mollah, M. T.; Pedersen, D. B.; Spangenberg, J.: Numerical modeling of the polymer flow through the hot-end in filament-based material extrusion additive manufacturing Additive Manufacturing (36), S. 101454f.

[10] Rudloff J.; Wilhelm M.; Lang M.; Heidemeyer P.; Bastian, M.: Analysis and Simulation of the Melting Behavior of Polymer Materials in Co-Kneaders. Ilmenau Scientific Colloquium, 2017

[11] Lang, M.; Kettemann J.: Schlussbericht zu IGF-Vorhaben Nr. 18650 N, Simulation: Vorhersage und Optimierung des Ko-Knet-Prozesses. 2019

SKZ - KFE gGmbH  

https://www.skz.de

Ausgabenartikel KU9-21

Bild 1. Schematischer Aufbau eines Hotends für das FLM-Drucken: Das Hotend-Design beeinflusst maßgeblich die Qualität des Druckerzeugnisses 

Bild 2. Schematische Darstellung der verwendeten Randbedingungen für die Simulation: Werden diese passend ausgewählt, lassen sich der Druck, die Temperatur und die Fließgeschwindigkeit des Filaments bestimmen 

Blick in den Bauraum eines FLM-Druckers: Mithilfe von Strömungssimulationen soll der 3D-Druckprozess besser verstanden und vorhergesagt werden 

Bild 3. Skizze des Druckerversuchsstands: Mithilfe der Thermografiekamera kann die Extrudattemperatur nach der Düse erfasst werden

Bild 5. Verlauf der Extrudattemperatur in Abhängigkeit von Heizblocktemperatur und Einzugsgeschwindigkeit: Die Abweichungen zwischen den angenommenen und den experimentell bestimmten Werten betragen größtenteils nur ± 15 %

Bild 4. Verlauf der Vorschubkraft und Extrudattemperatur in Abhängigkeit von Heizblocktemperatur und Einzugsgeschwindigkeit: Die benötigte Vorschubkraft erhöht sich mit steigender Einzugsgeschwindigkeit

KU 9-21_SKZ_Wolff - Hauptartikel

M. Sc. Arooj Fatima ist seit 2015 wissenschaftliche Angestellte am Lehrstuhl für Angewandte Mathematik und Numerik der TU Dortmund.

Dr. Hogenrich Damanik ist seit 2010 wissenschaftlicher Angestellter am Lehrstuhl für Angewandte Mathematik und Numerik.

Prof. Stefan Turek ist seit 1999 Leiter des Lehrstuhls für Angewandte Mathematik und Numerik.

M. Sc. Rebecca Wolff ist seit 2019 wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Gruppe Compoundieren und Extrudieren am Kunststoff-Zentrum (SKZ).

Dipl.-Ing. Johannes Rudloff leitet seit 2016 die Gruppe Compoundieren und Extrudieren.

Dr. Marieluise Lang leitet seit 2015 den Bereich Materialien, Compoundieren, Extrudieren am SKZ.

Dr. Thomas Hochrein ist seit 2017 Geschäftsführer der Forschung und Bildung des SKZ.

Prof. Martin Bastian ist seit 2006 Institutsdirektor des SKZ.

Das IGF-Vorhaben 18650 N der Forschungsvereinigung FSKZ e. V. wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestags gefördert. Die Autoren bedanken sich für die finanzielle Unterstützung.

Simulation

Software

Wie sich Schäden an Bauteilen und Produkten aus Kunststoff erkennen, analysieren und bewerten lassen, zeigt die VDI-Tagung Schadensanalyse in diesem Jahr. Einen weiteren Schwerpunkt bilden Schäden durch Wasserstoff. Aktuelle Erfahrungsberichte von Industrieunternehmen und unabhängigen Sachverständigen sind das Herzstück der Tagung.