Numerische und experimentelle Untersuchung des additiven FFF-Verfahrens

Das Projekt zielt darauf ab, komplexe Mechanismen und Anwendungen des Fused-Filament-Fabrication (FFF) -Verfahrens umfassend zu erforschen und zu optimieren. Es gliedert sich in zwei Unterprojekte, die sich auf verschiedene Aspekte des Verfahrens konzentrieren.

Grundlagen: Untersuchung des FFF-Druckprozesses

Physikalische und mechanische Eigenschaften von FFF-gedruckten Bauteilen begründen sich maßgeblich in ihrer Mikrostruktur - dem Zusammenspiel der Molekülketten im Gefüge des Thermoplasten - und der Mesostruktur - dem Zusammenspiel einzelner gedruckter Stränge.

Der FFF-Druckprozess beeinflusst das gedruckte Bauteil auf beiden Skalen. Um diese Einflüsse zu verstehen und vorhersagen zu können, werden folgende Themen schwerpunktmäßig untersucht:

• Simulation des Druckprozesses: Entwicklung von Modellen zur präzisen Vorhersage der Spannungsverteilung während und nach dem Druckprozess.
• Untersuchung des Mono-Layer-Gedächtniseffektes: welche Informationen aus dem FFF-Druckprozess „merkt“ sich das Material und wie genau wird das vom Druckprozess beeinflusst?
• Experimentelle Untersuchung und numerische Modellierung der mechanischen Eigenschaften gedruckter Strukturen.
• Untersuchung der Überbrückungsfähigkeit: Ermittlung der Grenzen und Möglichkeiten des FFF-Verfahrens beim Drucken freitragender Strukturen ohne Stützmaterial.

Anwendung: Untersuchungen zur großskaligen additiven Fertigung

Dieses Teilprojekt widmet sich der Anwendung des FFF-Verfahrens im Großformat und den Herausforderungen, die damit einhergehen.

Hauptaspekte sind:

Umsetzung von großskaligen Druckprojekten: Produktion eines Bootsprototyps mit den Abmessungen: L x B x H = 2,75 m x 0,8 m x 0,5 m. Anhand dieses Projektes sollen die Herausforderungen und Möglichkeiten des großskaligen Drucks evaluiert werden. Mit Hilfe daraus gewonnener Erkenntnisse soll die Umsetzung komplexer Strukturen, zum Beispiel topologie-optimierter Tragwerke, im Großformat vorangetrieben werden. Mechanische Eigenschaften: Untersuchung, wie verschiedene Druckorientierungen die mechanischen Eigenschaften und die strukturelle Integrität großformatiger Drucke beeinflussen.