Additive Fertigung mit endlosfaserverstärkten Verbundwerkstoffen: Von der Faser-Matrix-Auswahl über die Druckkopfentwicklung bis zum Faserverbund:
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| Main Author: | |
|---|---|
| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Berlin
Universitätsverlag der TU Berlin
2022
|
| Series: | Advanced Ceramic Materials
8 |
| Subjects: | |
| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | 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
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266
TABELLENVERZEICHNIS
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VEROEFFENTLICHUNGEN
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