Wörz, Andreas
Zu schichtabhängigen Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von LS-Bauteilen
Andreas Wörz
Das Lasersintern von Kunststoffen zählt innerhalb der additiven Fertigungsverfahren zu den führenden Prozessen, um Serienbauteile mit hohen mechanischen Kennwerten herzustellen. Durch die hohe Geometriefreiheit und die schichtweise Bauteilgenerierung werden zunehmend Kenntnisse über die Prozess-Bauteil-Interaktion bei reduzierten Querschnitten für die Bauteilauslegung benötigt. Beim Lasersintern werden Bauteile schichtweise durch alternierenden Pulverauftrag und Belichtung mittels eines CO2-Lasers generiert. Die Bauteile weisen im Inneren Poren und eine Abhängigkeit des Aufschmelzverhaltens von den Prozessparametern auf. Die Bauteildimension wird durch Schwindungsprozesse und geometrische Randbedingungen im Pulverbett beeinflusst, wodurch Form- und Maßhaltigkeit bestimmt werden. Anhaftende Pulverpartikel führen zu einer hohen Rauheit, die bei zunehmenden Abmaßen einen untergeordneten Einfluss auf die Mechanik haben. Diese werden wesentlich durch die Belastungsart und -geschwindigkeit sowie die Bauteilorientierung während der Herstellung bestimmt. Infolge einer Reduktion der Abmaße verschiebt sich die Bedeutung der einzelnen Einflussgrößen, deren Kenntnis für die Auslegung zwingend erforderlich ist. Ziel dieser Arbeit ist die Generierung von skalenübergreifenden Zusammenhängen der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von LS-Bauteilen und deren Beeinflussung durch den Prozess. Die Reduktion der Querschnittsfläche induziert eine Veränderung der thermischen Randbedingungen im Prozess, die mit steigender Schichtanzahl kompensiert werden. Die zunehmende Bauteildicke führt zu einem Anstieg der Bauteildichte und einem reduzierten Anteil an unaufgeschmolzenen Partikeln im Querschnitt, wobei keine Höhenabhängigkeit des Aufschmelzverhaltens vorliegt. Die Rauheit der Bauteile ist unabhängig von der Schichtanzahl. Jedoch nimmt deren kerbinduzierender Einfluss mit sinkender Querschnittsfläche zu, woraus eine Reduktion der mechanischen Eigenschaften resultiert. Mittels der vorliegenden Untersuchungen kann eine Mindestbauteildimension abgeleitet werden, die für ein konstantes Bauteilverhalten erforderlich ist. Des Weiteren wird gezeigt, wie diese durch die Prozessparameter gesteuert werden kann und somit einen erheblichen Mehrwert zur Nutzung der geometrischen Freiheit des Lasersinterns bei der Auslegung von Bauteilen darstellt.
Seiten: 141
ISBN: –