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Additiv gefertigte Schaumsandwichstrukturen – ein neuartiger Ansatz zur generativen Herstellung und Charakterisierung von schaumbasierten, dreidimensional gradierten Werkstoffen für den Leichtbau

M.Sc. Anselm Heuer

3D-gedruckte Bauteile werden im Innern üblicherweise nicht komplett gefüllt gedruckt, um Material und Druckzeit zu sparen. Hierdurch können ohne großen Aufwand poröse Bauteile hergestellt werden. Diese Porosität besteht im Vergleich zu feinzellulären Schäumen aber aus großen Hohlräumen (makroskopische Porosität) und kleinere Hohlräume unter der Druckauflösung können nicht realisiert werden. Durch Aufschäumen eines Kunststoffs mit einem chemischen oder physikalischen Treibmittel werden solche kleinen Hohlräume bzw. feinzellulären Schäume (mikroskopische Porosität) hergestellt. Werden diese beiden Prozesse der Porositätserzeugung miteinander kombiniert, könnten ganz neue poröse Bauteile (makroskopische und mikroskopische Porosität) mit neuen Eigenschaften hergestellt werden. Es wären zum Beispiel gradierte und lokal geschäumte Strukturen möglich, die in neuen Anwendungsfeldern genutzt werden könnten. Der Anwendungsbereich des Fertigungsprozesses "3D-Druck" wird so auf komplexe gradierte Schaumstrukturen erweitert.

Ziele

  • 3D-Drucken von Schaumstrukturen mit einem chemischen Treibmittel durch geeignete Parameter mithilfe des Freeformers
  • Charakterisierung der inneren Struktur und der mechanischen Eigenschaften
  • Herstellung von komplexen Bauteilen mit gradierter Schaumstruktur

Methoden

  • Statistische Versuchsplanung für die Einstellung geeigneter Prozessparameter
  • Zug-, Druck- und Biegeversuche
  • µCT-Untersuchung zur Bestimmung der makroskopischen und mikroskopischen Porosität
  • Trennung der makroskopischen und mikroskopischen Porosität durch Algorithmen
  • Lichtmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie