Verfügbarkeit: Additive Fertigung mit endlosfaserverstärkten Verbundwerkstoffen: Von der Faser-Matrix-Auswahl über die Druckkopfentwicklung bis zum Faserverbund

Additive Fertigung mit endlosfaserverstärkten Verbundwerkstoffen: Von der Faser-Matrix-Auswahl über die Druckkopfentwicklung bis zum Faserverbund:

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Czasny, Mathias (VerfasserIn)
Format:	Abschlussarbeit Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Berlin Universitätsverlag der TU Berlin 2022
Schriftenreihe:	Advanced Ceramic Materials 8
Schlagworte:	Kohlenstofffaser Faserverbundwerkstoff Rapid Prototyping > Fertigung additive Fertigung 3D-Druck Verbundwerkstoff additive manufacturing 3D printing composite Hochschulschrift
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	XVII, 284 Seiten Illustrationen, Diagramme 21 cm x 14.8 cm
ISBN:	9783798332669 3798332665

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS DANKSAGUNG ........................................................................... V ZUSAMMENFASSUNG. ............................................................ VIII ABSTRACT .................................................................................. X KAPITEL 1. MOTIVATION, ZIELE UND GLIEDERUNG DER DISSERTATION ............................................................................ 1 1.1 MOTIVATION .............................................................. 1 1.2 METHODIK, ZIELE UND GLIEDERUNG DER DISSERTATION 5 KAPITEL 2. STAND DER TECHNIK ............................................ 13 2.1 ADDITIVE FERTIGUNG MIT FASERVERSTAERKTEN WERKSTOFFEN .......................................................... 13 2.1.1 PHOTOPOLYMERISATION IM BAD ...................... 13 2.1.2 BINDER-JETTING-VERFAHRENUND PULVERBETTBASIERTES SCHMELZEN ... 16 2.1.3 MATERIAL-JETTING-VERFAHREN UND GERICHTETE ENERGIEDEPOSITION ....................................... 19 2.1.4 SHEET-LAMINATION-VERFAHREN (DT. SCHICHTLAMINIERUNG) .................................... 22 2.1.5 MATERIALEXTRUSIONSVERFAHREN ...................... 24 2.1.6 VERGLEICH DER FASERLAENGE UND-ORIENTIERUNG IN DER ADDITIVEN FERTIGUNG ......................... 26 2.2 ENDLOSFASERVERSTAERKTE VERBUNDWERKSTOFFE MIT DER MATERIALEXTRUSION ............................. 28 2.2.1 EINTEILUNG NACH AUSGANGSMATERIALIEN ....... 28 2.2.2 TECHNOLOGIEN MIT VORINFILTRIERTEM FASERROVING IM FILAMENT ............... 29 2.2.3 VERFAHREN MIT FASERN ODER PULVER ALS MATRIXMATERIAL IN DEN VERSTAERKUNGSFASERN 35 2.2.4 VERFAHREN MIT GETRENNTER FASER-UND MATRIXPOLYMERZUFUEHRUNG ............ 38 XIII 2.2.5 WEITERE ANSAETZE ZUR ADDITIVEN HERSTELLUNG VON ENDLOSFASERVERSTAERKTER VERBUNDWERKSTOFFEN .................................... 41 2.2.6 GEGENUEBERSTELLUNGUND BEWERTUNG VON AM VERFAHREN FUER VERBUNDWERKSTOFFE MIT ENDLOSEN FASERN ............................ 45 2.3 HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN FUER THERMOPLASTISCHE FASERVERBUNDWERKSTOFFE ................................ 48 2.3.1 PULTRUSION VON THERMOPLASTISCHEN VERBUNDWERKSTOFFEN ..................... 48 2.3.2 AUTOMATED FIBER PLACEMENT MIT THERMO PLASTISCHEN FASERVERBUNDWERKSTOFFEN . 56 2.4 FASER-MATRIX-ANBINDUNG IN THERMOPLASTISCHEN FASERVERBUNDWERKSTOFFEN .............................. 59 2.4.1 ADHAESION UND KOHAESION ............................... 59 2.4.2 MESSVERFAHREN ZUR ANALYSE DER OBER FLAECHENEIGENSCHAFTEN .................... 66 KAPITEL 3. UNTERSUCHUNGSVERFAHREN ................................. 73 3.1 MIKROSKOPIE ........................................................... 73 3.2 STEREOMIKROSKOPIE ................................................ 73 3.3 RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE ............................. 74 3.4 BESTIMMUNGBENETZUNGSVERHALTENVON KOHLEN STOFFFASERN UND THERMOPLASTSCHMELZE 74 3.5 ROENTGENPHOTOELEKTRONENSPEKTROSKOPIE ............. 76 3.6 THERMOGRAVIMETRISCHE ANALYSE ........................... 77 3.7 FOURIER-TRANSFORM INFRAROT-SPEKTROSKOPIE ......... 77 3.8 RESTFEUCHTIGKEITSBESTIMMUNG ............................. 77 3.9 BESTIMMUNG DER VISKOSITAETSZAHL .......................... 78 XIV 3.10 SCHMELZE-MASSENFLIESSRATE UNDSCHMELZE VOLUMENFLIESSRATE (MFR/MVR) ........................... 78 3.11 MECHANISCHE UNTERSUCHUNG DER ADDITIV GEFERTIGTEN PA6 PROBEKOERPER 79 3.12 MECHANISCHE UNTERSUCHUNGEN DER ADDITIV GEFERTIGTEN VERBUNDWERKSTOFFE ........................... 81 KAPITEL 4. WERKSTOFFAUSWAHL ............................................ 86 4.1 AUSWAHL DER FASERN UND MATRIXKOMBINATION .. 86 4.2 AUSWAHL DER PA6 GRANULATE UND KOHLENSTOFFFASERN ................................................ 94 4.3 BENETZUNG DER AUSGEWAEHLTEN FASERN UND THERMOPLASTE ....................................................... 97 4.4 BERECHNUNG DER VERBUNDEIGENSCHAFTEN ............ 101 4.4.1 AUSWAHL DER FASERGARNSTAERKE NACH GEOME TRIERANDBEDINGUNGEN UND VERBUNDMATERIALKOSTEN ............................ 101 4.4.2 BERECHNUNG DER GEOMETRIEPARAMETER FUER 3K FASERN ................................................... 105 4.4.3 BERECHNUNG DER MECHANISCHEN EIGENSCHAFTEN DURCH DIE MIKROMECHA NISCHEN MISCHUNGSREGELN ............ 109 KAPITEL 5. OBERFLAECHENCHARAKTERISIERUNG DER KOHLENSTOFFFASERN ....................... 113 5.1 OBERFLAECHENMORPHOLOGIE DER AUSGEWAEHLTEN FASERN 113 5.2 CHEMISCHE ZUSAMMENSETZUNG DER FASEROBERFLAECHE .................................................. 117 5.3 TEMPERATURSTABILITAET DER FASERSCHLICHTE ........... 125 XV KAPITEL 6. FILAMENTEXTRUSION UND OPTIMIERUNG DER FLIESSFAEHIGKEIT .............................. 133 6.1 VERARBEITUNGSEIGENSCHAFTEN DER VERWENDETEN POLYAMID 6 GRANULATE ............................ 133 6.1.1 RESTFEUCHTIGKEIT BEI POLYAMID 6 ................ 133 6.1.2 TEMPERATURSTABILITAET VON POLYAMID 6 ........... 134 6.1.3 RHEOLOGISCHE EIGENSCHAFTENDER THERMOPLASTSCHMELZEN (PA6) ... 138 6.2 ANALYSE DES SLICING-PROZESSES UND BILDUNG DES MASSENSTROMMODELLS ......................................... 148 6.3 FILAMENTEXTRUSION ............................................... 153 6.3.1 OPTIMIERUNG DES EXTRUSIONSPROZESSES UND EINFLUSSAUF DEN FILAMENTDURCHMESSER.... 155 6.3.2 ADDITIVE FERTIGUNG MIT DEN EXTRUDIERTEN PA6 FILAMENTEN MITNIEDRIGER FLIESSFAEHIGKEIT 164 6.3.3 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN DER POLYAMID 6 PROBEKOERPER ............ 166 KAPITEL 7. DESIGN UND FUNKTION DES DRUCKKOPFES ........ 170 7.1 INFILTRATIONSMECHANISMUS DURCH UMLENKUNG DES FASERSTRANGES .................................. 170 7.2 DRUCKKOPFDESIGN ZUR HERSTELLUNG VON FASERVERBUNDWERKSTOFFEN .................... 177 KAPITEL 8. MECHANISCHE UND OPTISCHE CHARAKTERISIERUNG VON ADDITIV GEFERTIGTEN FASERVERBUND WERKSTOFFEN ................................. 184 8.1 ADDITIVE FERTIGUNG DER VERBUNDPROBEKOERPER.. 184 8.2 EINFLUSS DER LAGENHOEHE AUF DIE MECHANISCHEN EIGENSCHAFTEN IM 3 -PUNKT-BIEGEVERSUCH ......... 186 XVI 8.3 EINFLUSS DER VERARBEITUNGSTEMPERATUR AUF DIE 3-PUNKT-BIEGEEIGENSCHAFTEN ............................. 198 8.4 ZUGVERSUCHE AN EINZELSTRANGPROBEN IN ABHAENGIGKEIT VON DER VERARBEITUNGSTEMPERATUR .................................. 205 8.5 BESTIMMUNGDER VERBUNDEIGENSCHAFTEN IM ZUGVERSUCH OPTISCHE UNTERSUCHUNG ...... 211 KAPITEL 9. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK .................. 218 LITERATURVERZEICHNIS .......................................................... 225 ABKUERZUNGEN ..................................................................... 255 SYMBOLE .............................................................................. 260 AUFLISTUNG DER VERWENDETEN INDUSTRIELLEN PROGRAMME UND MASCHINEN ................................................................... 264 ABBILDUNGSVERZEICHNIS ...................................................... 266 TABELLENVERZEICHNIS ........................................................... 278 VEROEFFENTLICHUNGEN ............................................................ 283 XVII
adam_txt	INHALTSVERZEICHNIS DANKSAGUNG . V ZUSAMMENFASSUNG. . VIII ABSTRACT . X KAPITEL 1. MOTIVATION, ZIELE UND GLIEDERUNG DER DISSERTATION . 1 1.1 MOTIVATION . 1 1.2 METHODIK, ZIELE UND GLIEDERUNG DER DISSERTATION 5 KAPITEL 2. STAND DER TECHNIK . 13 2.1 ADDITIVE FERTIGUNG MIT FASERVERSTAERKTEN WERKSTOFFEN . 13 2.1.1 PHOTOPOLYMERISATION IM BAD . 13 2.1.2 BINDER-JETTING-VERFAHRENUND PULVERBETTBASIERTES SCHMELZEN . 16 2.1.3 MATERIAL-JETTING-VERFAHREN UND GERICHTETE ENERGIEDEPOSITION . 19 2.1.4 SHEET-LAMINATION-VERFAHREN (DT. SCHICHTLAMINIERUNG) . 22 2.1.5 MATERIALEXTRUSIONSVERFAHREN . 24 2.1.6 VERGLEICH DER FASERLAENGE UND-ORIENTIERUNG IN DER ADDITIVEN FERTIGUNG . 26 2.2 ENDLOSFASERVERSTAERKTE VERBUNDWERKSTOFFE MIT DER MATERIALEXTRUSION . 28 2.2.1 EINTEILUNG NACH AUSGANGSMATERIALIEN . 28 2.2.2 TECHNOLOGIEN MIT VORINFILTRIERTEM FASERROVING IM FILAMENT . 29 2.2.3 VERFAHREN MIT FASERN ODER PULVER ALS MATRIXMATERIAL IN DEN VERSTAERKUNGSFASERN 35 2.2.4 VERFAHREN MIT GETRENNTER FASER-UND MATRIXPOLYMERZUFUEHRUNG . 38 XIII 2.2.5 WEITERE ANSAETZE ZUR ADDITIVEN HERSTELLUNG VON ENDLOSFASERVERSTAERKTER VERBUNDWERKSTOFFEN . 41 2.2.6 GEGENUEBERSTELLUNGUND BEWERTUNG VON AM VERFAHREN FUER VERBUNDWERKSTOFFE MIT ENDLOSEN FASERN . 45 2.3 HERSTELLUNGSTECHNOLOGIEN FUER THERMOPLASTISCHE FASERVERBUNDWERKSTOFFE . 48 2.3.1 PULTRUSION VON THERMOPLASTISCHEN VERBUNDWERKSTOFFEN . 48 2.3.2 AUTOMATED FIBER PLACEMENT MIT THERMO PLASTISCHEN FASERVERBUNDWERKSTOFFEN . 56 2.4 FASER-MATRIX-ANBINDUNG IN THERMOPLASTISCHEN FASERVERBUNDWERKSTOFFEN . 59 2.4.1 ADHAESION UND KOHAESION . 59 2.4.2 MESSVERFAHREN ZUR ANALYSE DER OBER FLAECHENEIGENSCHAFTEN . 66 KAPITEL 3. UNTERSUCHUNGSVERFAHREN . 73 3.1 MIKROSKOPIE . 73 3.2 STEREOMIKROSKOPIE . 73 3.3 RASTERELEKTRONENMIKROSKOPIE . 74 3.4 BESTIMMUNGBENETZUNGSVERHALTENVON KOHLEN STOFFFASERN UND THERMOPLASTSCHMELZE 74 3.5 ROENTGENPHOTOELEKTRONENSPEKTROSKOPIE . 76 3.6 THERMOGRAVIMETRISCHE ANALYSE . 77 3.7 FOURIER-TRANSFORM INFRAROT-SPEKTROSKOPIE . 77 3.8 RESTFEUCHTIGKEITSBESTIMMUNG . 77 3.9 BESTIMMUNG DER VISKOSITAETSZAHL . 78 XIV 3.10 SCHMELZE-MASSENFLIESSRATE UNDSCHMELZE VOLUMENFLIESSRATE (MFR/MVR) . 78 3.11 MECHANISCHE UNTERSUCHUNG DER ADDITIV GEFERTIGTEN PA6 PROBEKOERPER 79 3.12 MECHANISCHE UNTERSUCHUNGEN DER ADDITIV GEFERTIGTEN VERBUNDWERKSTOFFE . 81 KAPITEL 4. WERKSTOFFAUSWAHL . 86 4.1 AUSWAHL DER FASERN UND MATRIXKOMBINATION . 86 4.2 AUSWAHL DER PA6 GRANULATE UND KOHLENSTOFFFASERN . 94 4.3 BENETZUNG DER AUSGEWAEHLTEN FASERN UND THERMOPLASTE . 97 4.4 BERECHNUNG DER VERBUNDEIGENSCHAFTEN . 101 4.4.1 AUSWAHL DER FASERGARNSTAERKE NACH GEOME TRIERANDBEDINGUNGEN UND VERBUNDMATERIALKOSTEN . 101 4.4.2 BERECHNUNG DER GEOMETRIEPARAMETER FUER 3K FASERN . 105 4.4.3 BERECHNUNG DER MECHANISCHEN EIGENSCHAFTEN DURCH DIE MIKROMECHA NISCHEN MISCHUNGSREGELN . 109 KAPITEL 5. OBERFLAECHENCHARAKTERISIERUNG DER KOHLENSTOFFFASERN . 113 5.1 OBERFLAECHENMORPHOLOGIE DER AUSGEWAEHLTEN FASERN 113 5.2 CHEMISCHE ZUSAMMENSETZUNG DER FASEROBERFLAECHE . 117 5.3 TEMPERATURSTABILITAET DER FASERSCHLICHTE . 125 XV KAPITEL 6. FILAMENTEXTRUSION UND OPTIMIERUNG DER FLIESSFAEHIGKEIT . 133 6.1 VERARBEITUNGSEIGENSCHAFTEN DER VERWENDETEN POLYAMID 6 GRANULATE . 133 6.1.1 RESTFEUCHTIGKEIT BEI POLYAMID 6 . 133 6.1.2 TEMPERATURSTABILITAET VON POLYAMID 6 . 134 6.1.3 RHEOLOGISCHE EIGENSCHAFTENDER THERMOPLASTSCHMELZEN (PA6) . 138 6.2 ANALYSE DES SLICING-PROZESSES UND BILDUNG DES MASSENSTROMMODELLS . 148 6.3 FILAMENTEXTRUSION . 153 6.3.1 OPTIMIERUNG DES EXTRUSIONSPROZESSES UND EINFLUSSAUF DEN FILAMENTDURCHMESSER. 155 6.3.2 ADDITIVE FERTIGUNG MIT DEN EXTRUDIERTEN PA6 FILAMENTEN MITNIEDRIGER FLIESSFAEHIGKEIT 164 6.3.3 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN DER POLYAMID 6 PROBEKOERPER . 166 KAPITEL 7. DESIGN UND FUNKTION DES DRUCKKOPFES . 170 7.1 INFILTRATIONSMECHANISMUS DURCH UMLENKUNG DES FASERSTRANGES . 170 7.2 DRUCKKOPFDESIGN ZUR HERSTELLUNG VON FASERVERBUNDWERKSTOFFEN . 177 KAPITEL 8. MECHANISCHE UND OPTISCHE CHARAKTERISIERUNG VON ADDITIV GEFERTIGTEN FASERVERBUND WERKSTOFFEN . 184 8.1 ADDITIVE FERTIGUNG DER VERBUNDPROBEKOERPER. 184 8.2 EINFLUSS DER LAGENHOEHE AUF DIE MECHANISCHEN EIGENSCHAFTEN IM 3 -PUNKT-BIEGEVERSUCH . 186 XVI 8.3 EINFLUSS DER VERARBEITUNGSTEMPERATUR AUF DIE 3-PUNKT-BIEGEEIGENSCHAFTEN . 198 8.4 ZUGVERSUCHE AN EINZELSTRANGPROBEN IN ABHAENGIGKEIT VON DER VERARBEITUNGSTEMPERATUR . 205 8.5 BESTIMMUNGDER VERBUNDEIGENSCHAFTEN IM ZUGVERSUCH OPTISCHE UNTERSUCHUNG . 211 KAPITEL 9. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK . 218 LITERATURVERZEICHNIS . 225 ABKUERZUNGEN . 255 SYMBOLE . 260 AUFLISTUNG DER VERWENDETEN INDUSTRIELLEN PROGRAMME UND MASCHINEN . 264 ABBILDUNGSVERZEICHNIS . 266 TABELLENVERZEICHNIS . 278 VEROEFFENTLICHUNGEN . 283 XVII
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