#Additive Fertigung #Roboter #Kristallisationskinetik

Hintergrund:

Das Leichtbauwesen hat sich in den meisten Branchen als essentieller Bestandteil der Konstruktion und Produktion von Bauteilen etabliert. Durch die Anwendung leichtbautypischer Konzepte lassen sich deutliche Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften erzielen, während gleichzeitig das Gewicht und die Kosten der Bauteile reduziert werden. Um diese Konzepte umzusetzen, werden kontinuierlich neue Fertigungsverfahren entwickelt.

Ein herausragendes Beispiel hierfür ist die additive Fertigung, die als industrielle Revolution des letzten Jahrzehnts gilt. Dank ihrer Vielseitigkeit ermöglicht sie die flexible Herstellung komplexer Bauteilgeometrien. Eine der bekanntesten Methoden der additiven Fertigung ist die Materialextrusion (MEX), die sowohl für klein-, mittel- als auch großskalige Bauteile eingesetzt wird. Auf mikrostruktureller Ebene treten bei großskaligem 3D-Druck, insbesondere bei teilkristallinen Thermoplasten, Prozesse auf, die die Eigenschaften des Endprodukts maßgeblich beeinflussen können. Beispielsweise kann der Beginn der Kristallisation zu einer Verringerung der Haftung zwischen zwei Extrudatsträngen führen.

Mit dieser Projektarbeit sollen weitere Versuche durchgeführt werden, um ein besseres Verständnis zu erlangen und die Erkenntnisse einer Vorstudie weiter zu vertiefen. Das Ziel ist es, diese Prozesse genauer zu beschreiben und zu untersuchen.

Aufgabenstellung:

Im Rahmen dieser Projektarbeit liegt der Fokus auf der Analyse der Kristallisationskinetik im großskaligen MEX-Verfahren. Das Hauptziel besteht darin, experimentelle Versuche zur nichtisothermen Kristallisation bei unterschiedlichen Abkühlraten mithilfe der Dynamischen Differenzkalorimetrie (DSC) durchzuführen. Die gewonnenen Daten werden anschließend zur Auswertung der Kristallisationskinetik herangezogen und in eine Evolutionsgleichung integriert.

Darüber hinaus soll zusätzlich die Abkühlgeschwindigkeit, die durch den Einsatz zusätzlicher Abkühlperipherie erreicht wird, untersucht werden. Hierbei soll die Flash DSC Methode angewandt und im Vorfeld eine Machbarkeitsstudie durchgeführt werden.

Die gewonnenen Erkenntnisse sollen anschließend auf die im Prozess auftretenden Abkühlraten angewendet werden, um eine gezielte Auswertung der Kristallisationskinetik für das Bauteil zu ermöglichen.

Arbeitsumfang:

1. Einarbeitung in die Theorie und Literaturrecherche (bspw. Additive Fertigung, Kristallisationskinetik),
2. Probenherstellung für die DSC und Flash DSC,
3. Durchführung und Auswertung der experimentellen Versuche,
4. Einbinden der Ergebnisse in eine Evolutionsgleichung und
5. Untersuchung der Kristallisationskinetik an einem Demonstrator.