Einflüsse auf Multi-Materialbauteile
Wie alt ist das Pulver?
Der Bereich additive Fertigung der TU München arbeitet an Konzepten für das pulverbasierte Schmelzen von Kunststoffen sowie an der Kombination von Werkstoffen in der Materialextrusion (MEX). Zur Analyse der prozesstechnischen und konstruktiven Einflüsse auf Multi-Materialbauteile kommt das Fließprüfgerät Mflow von ZwickRoell zum Einsatz.
Joseph Hofmann, Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Laser-based Additive Manufacturing (LBAM) an der Technischen Universität München, erläutert die Zusammenarbeit: „Wir haben im Rahmen eines Forschungsprojekts die prozesstechnischen und konstruktiven Einflüsse auf Multi-Materialbauteile in der additiven Fertigung analysiert. Als an den uns zur Verfügung stehenden Zugprüfmaschinen nicht das passende Equipment zur Testung der im Projekt gefertigten Multi-Materialzugproben zu Verfügung stand, hat uns ZwickRoell kurzfristig ermöglicht, die Prüfungen in ihrem hauseigenen Prüflabor in Ulm durchzuführen. Für diese neuartigen Prüfkörper konnten durch die Unterstützung von ZwickRoell geeignete Prüfbedingungen festgelegt und zuverlässige Prüfergebnisse generiert werden.“
Zur Bestimmung des Alterungszustands der eingesetzten Kunststoff-Pulvermaterialien spielt die Ermittlung der Schmelze-Massefließrate (MFR), der sogenannte Schmelzindex, eine wichtige Rolle. Liegt der im PBF-LB/P-Verfahren (Powder bed fusion of plastics using laser beam) ermittelte Wert innerhalb eines vordefinierten Bereichs, kann das Pulver für weitere Prozesse verwendet werden. Das Prüfverfahren entspricht der Methode B der Prüfnorm DIN EN ISO 1133 und ermöglicht durch das Bestimmen der Dichte Rückschlüsse auf den gewichtsbezogenen Schmelzindex von Kunststoffen. Das Fließprüfgerät Mflow eignet sich gut für die Prüfung von Kunststoffpulvern, da der Düsenverschluss des Gerätes verhindert, dass Teile des Pulvers den Prüfkanal unkontrolliert passieren.
Bei der Herstellung von Multi-Materialbauteilen ist die Identifikation der geeigneten Verarbeitungsbedingungen ausschlaggebend. Sie sind notwendig, um verschiedene Kunststoffe trotz unterschiedlicher Schmelzpunkte im gleichen Prozess einsetzen zu können. Durch die Bestimmung der Fließfähigkeit zweier Werkstoffe lassen sich geeignete Prozesstemperaturen für das MEX-Verfahren bestimmen.
Für die schnelle und normgerechte Prüfung ist das modular aufgebaute Schmelzindex-Prüfgerät mit der Prüfsoftware Textxpert III ausgestattet. Es soll im universitären Umfeld mit unterschiedlichen Prüfsystemen und wechselndem Personal einen effektiven Messbetrieb sicherstellen. Optional kann das Prüfgerät für die Bestimmung der Schmelze-Volumenfließrate (MVR) sowie für die automatische, kennfeldabhängige Parametrierung um einen Kolbenwegaufnehmer erweitert werden.
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