Ein Beitrag zur Materialqualifizierung von Hochleistungsthermoplasten für das FDM-Verfahren
Creators: name: Wächter, Julian
Publisher: name: Universität Paderborn
Year: 2024

description: Das Fused Deposition Modeling (FDM) Verfahren erfährt aufgrund der Weiterentwicklung des additiven Fertigungsverfahrens zum Direct Manufacturing einen wachsenden Bedarf an und eine gesteigerte Nachfrage nach Hochleistungsthermoplasten. Der Einsatz und die Verwendung neuartiger Werkstoffe erfordert eine Materialqualifizierung für den FDM Prozess. In diesem Zusammenhang sind die Charakterisierung der materialbedingten Verarbeitungseignung sowie die Prozessparameteroptimierung essentielle Bestandteile der Materialqualifizierung.Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Vorgehensweise für die Materialqualifizierung von Hochleistungsthermoplasten vorgestellt und validiert. Das Ziel ist es, den FDM Prozess auf die vorhandenen Materialien abzustimmen, indem die Schweißnahtqualität und der Bauteilverzug analysiert werden. Anhand dieser Bewertungsmerkmale ist es möglich, die Verarbeitungseignung der verwendeten Materialien zu quantifizieren. Auf diesem Weg werden Wechselwirkungen zwischen Material und Prozess herausgestellt, ein ganzheit-liches Prozessverständnis aufgebaut, die Beherrschbarkeit des FDM Prozesses verbes-sert und die grundlegende Verarbeitbarkeit sichergestellt. Anschließend wird ein Konzept zur Vorhersage der Schweißnahtfestigkeit faserverstärkter Materialien im FDM entwickelt und validiert. Die Materialauswahl setzt sich zusammen aus einem amorphen Polyphe-nylensulfon (PPSU) und einem teilkristallinen Polyetheretherketon (PEEK) in verschie-denen Materialmodifikationen. Abschließend wird ein systematischer Ansatz zur Beurtei-lung der Verarbeitungseignung von Multimaterialkombinationen für das FDM entwickelt.
description: Fused Deposition Modeling (FDM) is experiencing a growing need and demand for high performance thermoplastics due to the further development of the additive manufacturing process into Direct Manufacturing. The application and use of novel materials require a material qualification for the FDM process. In this context, the characterization of the material-related processability as well as the process parameter optimization are essential elements of the material qualification.In this work a procedure for the material qualification of high-performance thermoplastics is presented and validated. The aim is to adapt the FDM process to the available materi-als by analyzing the weld seam quality and the component warpage. Based on these evaluation characteristics, it is possible to quantify the processability of the used materi-als. In this way, interactions between material and process are highlighted, a holistic understanding of the process is established, the reliability of the FDM process is im-proved and the basic processability is ensured. Subsequently, a concept for modeling the weld seam strength of fiber-reinforced materials in FDM is developed and validated. The material selection is composed of an amorphous polyphenylene sulfone (PPSU) and a semi-crystalline polyetheretherketone (PEEK) in different material modifications. Final-ly, a systematic approach to evaluate the processing suitability of multi-material combi-nations for FDM is developed.