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Intelligente Software f√ľr den 3D-Druck optimiert Eigenschaften von Bauteilen aus Kunststoff

Mit 3D-Druckern lassen sich Bauteile flexibel produzieren. Auch an der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) arbeiten Forscher damit: Um das Druckergebnis bei Kunststoffen zu optimieren, haben sie eine Software entwickelt, die Parameter wie Temperatur und Druckgeschwindigkeit während des Drucks anpassen kann.

K Mag Intelligente Software f√ľr den 3D-Druck

Gerade Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Schichten, die sich bei der Produktion ergeben, können sich negativ auf die Eigenschaften des Kunststoffs auswirken. Mit ihrer Software können die Forscher dies umgehen.

Beim 3D-Druck wird ein Bauteil Schicht um Schicht entlang eines vorgegebenen Pfads gedruckt. Ohne viel Aufwand k√∂nnen Unternehmen mit dieser Technik produzieren. Doch verschiedene Parameter wie Temperatur, Druckgeschwindigkeit, Druckrichtung, Schichth√∂he und Geometrie des Bauteils k√∂nnen das Druckergebnis beeinflussen. Am Lehrstuhl f√ľr Verbundwerkstoffe bei Professor Dr.-Ing. Alois K. Schlarb an der TUK befasst sich das Team mit 3D-Druck-Technologien. Dabei geht es den Forschern unter anderem darum, die Eigenschaften der Druckerzeugnisse zu optimieren.

"Ist eine Schicht gedruckt, k√ľhlt sie ab. Wird die n√§chste Schicht dar√ľber aufgetragen, hat diese eine h√∂here Temperatur als die darunter, die Schicht darunter heizt sich wieder auf", erl√§utert Miaozi Huang, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl. "Diese Kontakttemperatur beziehungsweise lokale Temperatur zwischen bereits gedrucktem und dem aktuell zu druckendem Strang beeinflusst die Qualit√§t der Bindenaht beziehungsweise der Verschwei√üung." Diese spielt eine gro√üe Rolle f√ľr die Eigenschaften des Erzeugnisses. Im fertigen Bauteil stellt sie eine Schwachstelle dar, vor allem wenn die lokale Temperatur bei der Erzeugung der Binden√§hte nicht hoch genug war.

Hier setzt die Arbeit der Kaiserslauterer Ingenieure an: Das Team hat eine Software entwickelt, die w√§hrend des Drucks daf√ľr sorgt, dass sich verschiedene Konstanten wie Temperatur der Druckd√ľse oder die Druckgeschwindigkeit flexibel √§ndern lassen – je nach Form des Bauteils und des eingesetzten Kunststoffes. "Ziel unserer Technologie ist es, die Werkstoffeigenschaften optimal auszusch√∂pfen", sagt Alexander Schlicher, der sich am Lehrstuhl mit der Implementierung der Konzepte besch√§ftigt. "√Ąhnliche Verfahren gibt es bislang noch nicht." Das Besondere an der Software ist, dass die Forscher f√ľr jede einzelne Bewegung des Druckvorgangs die Parameter flexibel √§ndern k√∂nnen.

Im Labor haben sie das neue Verfahren bereits erprobt. Zwei Proben, die eine mit herk√∂mmlicher Software, die andere mit der neuen Technik gedruckt, unterscheiden sich dabei in ihrer Struktur, wie sich unter dem Mikroskop beobachten l√§sst. "Auch bei den Eigenschaften ist der Unterschied da, insbesondere bei der Zugfestigkeit quer zur Druckrichtung", so Huang weiter. "Mit unserem Verfahren lassen sich die Schwachstellen bei den Druckerzeugnissen ausmerzen." So ist es bei dieser Methode beispielsweise m√∂glich, die Kontakttemperaturen zwischen zwei Str√§ngen im f√ľr die jeweilige Formteilgeometrie optimalen Bereich zu halten. Wichtig sind solche Optimierungen beispielsweise f√ľr die Steigerung der Lebensdauer eines Bauteils. Mit dem Verfahren des Kaiserslauterer Teams lassen sich Schwachstellen im Kunststoff vermeiden.


Quelle: Technische Universität Kaiserslautern

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