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Relaxationsverhalten von additiv gefertigtem GFK mittels In-Situ Röntgenverfahren

 
: Becker, Christian
: Rabe, Ute; Maisl, Michael

:
Fulltext urn:nbn:de:0011-n-5827126 (71 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: 726b7391f44d6352c78ea3676fc23966
Created on: 10.4.2020


Saarbrücken, 2020, 122 pp.
Saarbrücken, Univ., Master Thesis, 2020
German
Master Thesis, Electronic Publication
Fraunhofer IZFP ()
additive Fertigung; Relaxion; Computertomographie; in-situ

Abstract
Die schnelle und präzise Produktion von Bauteilen unterschiedlichster Materialien in großer und kleiner Stückzahl durch additive Fertigung ist für die Industrie aus wirtschaftlicher und technischer Sicht sehr lukrativ. Additive Fertigung gewinnt vor allem im Bereich der Leichtbauanwendungen an Bedeutung. Dabei ist aber die Charakterisierung dieser Teile auf materialspezifische Kennwerte entscheidend, um eine hohe Qualität zu gewährleisten. Auch die Detektion von Materialfehlern, die durch den Druckvorgang auftreten, müssen erkannt und behoben werden. Wichtige Materialkenndaten wie die elastischen Materialkonstanten werden anhand von Belastungsversuchen in einem Prüfstand mittels Kraft-Weg Diagrammen ermittelt. Thermoplastische Kunststoffe zeigen ein ausgeprägtes Relaxationsverhalten, das die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes merklich beeinflusst. Volumen-spezifische Prüfungen auf z.B. Poren oder die Faserverteilung werden über zerstörungsfreie Prüfverfahren wie die Röntgenprüfung durchgeführt. Eine Kombination beider Verfahren ermöglicht eine umfangreiche Erfassung von Werkstoffdaten. Zugversuche unter Röntgen-CT bezeichnet man als 4D-CT-Verfahren, die als In-Situ (Probe bleibt während des Versuchs im Messaufbau) oder Ex-Situ (Probe wird für CT-Messung ausgebaut) -Messungen durchgeführt werden können. Stand der Technik zur Volumenuntersuchung von Faserverbundwerkstoffen unter Belastung ist die Ermittlung der Faserverteilung mittels Computertomographie (CT). Hierbei erfolgen Vergleichsmessungen des Ausgangszustandes und des Belastungszustandes bzw. nach Versagen. Teilweise werden mehrere CT-Aufnahmen auch in Zwischenstadien durchgeführt, wobei der Faktor der Relaxation zu beachten ist. Hinzu kommt aber der Faktor der Relaxation. Diese Zwischenstadien der Belastung können mit sehr kurzen Messzeiten der CT aufgenommen werden, damit der tatsächliche Belastungszustand unverfälscht dargestellt wird. Dies lässt sich auf Grund der kurzen Messzeiten mittels Synchrotron realisieren. Das dynamische Verhalten des Werkstoffes, z.B. der Relaxation insbesondere kurz nach Laständerung, wurde bisher mit kommerziellen CT-Systemen nicht untersucht, da von einer zu langen Messzeit ausgegangen wird. Ziel dieser Masterarbeit ist die Untersuchung des Relaxationsverhalten von additiv gefertigten Zugproben aus faserverstärkten Polyamid (PA, Nylon) mittels eines In-Situ Verfahrens in Kombination von Röntgen-Durchstrahlung (Radiographie) und 3D-CT. Zunächst wird das Zugprüfsystem CT-5000N der Firma Deben UK auf das mechanische Verhalten unter Last charakterisiert, um aussagekräftige Messergebnisse zu gewährleisten. Im Anschluss wird das Zugprüfsystem in die Mikro-CT-Anlage " CTAlpha" integriert und das Messvorgehen für die In-Situ Zugprüfung der FVK-Proben festgelegt. Daraus wird die entsprechende Probengeometrie ermittelt. Mit Hilfe der am Lehrstuhl für Leichtbausysteme vorhandenen " 3D-Drucker" Ender und an der Universität des Saarlandes befindlichen Spritzgussanlage wurden die additiv gefertigten kurzfaserverstärkten PA6.6-GFK und die spritzgegossenen PP-GFK-Proben hergestellt. Anhand des festgelegten Vorgehens wird mittels CT- und Radiographie das Relaxationsverhalten untersucht. Die Auswertung der CT-, Durchstrahlungs- und Kraft-Weg-Daten aus der In-Situ Messung wird mit der Software AVIZO Thermo Scientific durchgeführt und im Anschluss mit den simulierten Daten verglichen.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-582712.html