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Konstruktion eines effizienten Druckkopfes zur additiven Fertigung endlosfaserverstärkter thermoplastischer Leichtbauteile für den Einsatz an Knickarmrobotern

 
: Zaidi, Ghaith
: Scholz, Sebastian; Kunze, Philipp

Zittau/Görlitz, 2018, VI, 101 pp.
Zittau/Görlitz, Hochschule, Master Thesis, 2018
German
Master Thesis
Fraunhofer IWU ()
Endlosfaser; Faserintegration; FLM; FDM; FFF; 3D-Druck; additive Fertigung; Faserlegen

Abstract
Durch die Kombination von Verstärkungsfasern mit einem Matrixmaterial entstehen Leichtbauteile, die ein geringes Gewicht und eine hohe spezifische Festigkeit aufweisen können. In dieser Arbeit wurde ein Konstruktionskonzept eines Druckkopfes, der die Formfreiheiten des Fused Layer Modeling (FLM) Verfahrens mit dem Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht der Verbundbauteile kombiniert, definiert. Im ersten Schritt wird nach einer ausführlichen methodischen Konstruktionsfindung eine bevorzugte Variante des Druckkopfes ausgewählt. Anschließend wurde ein Versuchsstand aufgebaut, um das Verhalten des zu konstruierenden Druckkopfs besser ein-schätzen zu können. Verwertbare Ergebnisse wurden durch die Versuche gezeigt: Eine Förderung des Faserbündels und dessen Imprägnierung wurden von dem für die Versuche konstruierten Druckkopf erreicht. Durch die Versuchsdurchführung konnten Schwächen am konstruierten prototypischen Druckkopf aufgedeckt, analysiert und zusammengefasst werden. Lösungsansätze zur Behebung der Mängel wurden formuliert und bei der Endkonstruktion berücksichtigt. Es wurden neben den Versuchen zusätzlich FEM-Strömungsanalysen durchgeführt, um einen optimalen Innenraum der Düse-Heizblock-Baugruppe zu erreichen. Das garantierte eine verwirbelungsfreie Strömung des Thermoplastes, die die Möglichkeit der Entstehung von Ablagerungszonen des Verbundstrangs und damit das Verursachen einer Verstopfung der Düse ausschließt. Abschließend wird mit dem erlangten Wissen aus Recherche, Versuchen und Strömungsanalysen ein effizienter Druckkopf zur additiven Fertigung endlosfaserverstärkter thermoplastischer Leichtbauteile konstruiert der an einem Knickarmroboter montiert werden kann.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-484339.html