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Vortrag (20 Min. Vortrag, 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Generativer Fertigung als Mittel zur Hybridisierung und Funktionsintegration bei Leichtbaustrukturen

Mittwoch (18.09.2019)
17:00 - 17:30 Uhr Heyn
Bestandteil von:


Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffe besitzen ein großes Leichtbaupotential und ermöglichen neuartige Bauweisen für ressourcenschonende Hightech-Produkte. Die intelligente Kombination von Faserverbunden mit klassischen Konstruktionswerkstoffen wie Metallen – das sogenannte Multi-Material-Design (MMD) – führt weiterhin zu einer deutlichen Erweiterung des Anwendungsspektrums infolge der zielgerichteten Ausnutzung werkstoffspezifischer Vorteile.


Es ist bislang nicht möglich MMD-Leichtbauteile, etwa eine Faserverbund-Metall-Hybridstruktur, mit den etablierten generativen Verfahren zu fertigen. Zum einen bleiben die erreichbaren Festigkeiten von im 3D-Druck hergestellten Bauteilen aus Kunststoff heutzutage immer noch weit hinter konventionell hergestellten Bauteilen zurück. Dies gilt vor allen Dingen für das sogenannte Fused Deposition Modelling (FDM), bei dem das Bauteil schichtweise durch die Ablage eines dünnen Schmelzestranges aufgebaut wird. Es entstehen Grenzflächen im Bauteil, welche eine Schwachstelle darstellen und die Festigkeit des Gesamtbauteils maßgeblich bestimmen. Zum anderen gilt die Grenzfläche, an der die unterschiedlichen Materialien aufeinandertreffen, als Risikofaktor.


Im Rahmen des durch die Sächsische Aufbaubank geförderten Verbundvorhabens „MM3D“ wurden unterschiedliche Technologien zur Beeinflussung der adhäsiven Eigenschaften von additiv gefertigten Kunststoff- und Metalloberflächen untersucht. Dabei wurden verschiedene mechanische und physikalische Maßnahmen zur Grenzflächengestaltung hinsichtlich der bekannten Haftmechanismen angewendet. Zum Einsatz kamen hier Verfahren, wie etwa Laserstrukturierung der Oberfläche, haftvermittelnde Schichten sowie eine Aktivierung und Funktionalisierung mittels Niederdruck- und Atmosphärenplasma. Zur Analyse der Oberflächentopografie und der Elementzusammensetzung wurde die Rastergrafmikroskopie (AFM) und die Elektronenmikroskopie (EDX) eingesetzt. Die Messung der Oberflächenenergie erfolgte durch eine Randwinkelmessung. Zusätzlich wurde die Haftfestigkeit durch zerstörende Materialprüfungen in Stirnabzugs- und Zugscherversuchen von rippenförmigen Probekörpern beurteilt.


Als Resultat konnten Rückschlüsse auf die Wirksamkeit der einzelnen Maßnahmen auf die Verbundfestigkeit gezogen werden. Dabei wurden die einzelnen Verfahren zur Oberflächenbeeinflussung auch hinsichtlich ihrer technischen und wirtschaftlichen Aspekte bewertet.

 

Sprecher/Referent:
Tobias Lebelt
Technische Universität Dresden
Weitere Autoren/Referenten:
  • Johanna Maier
    TU Dresden
  • Prof. Dr. Niels Modler
    TU Dresden

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