2014 - Herstellung von Kunststoffteilen mit Makro-Materialgradienten (TAB)

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Kurzbeschreibung

 

In diesem Projekt wurde die Entwicklung einer Prozesskette für die Herstellung von 3D-Kunststoffformteilen mit Makro-Materialgradienten durch ein PolyJet-Matrix-Verfahren erfolgreich abgeschlossen. Zunächst galt es, eine Definition von Makro-Materialgradienten zu erstellen. Nach Miyamoto et al. soll ein so genanntes „Functionally Graded Material“ (FGM) in der Zusammensetzung und in der Struktur eine Eigenschaftsänderung über den Verlauf des Volumens aufweisen. Zur Erzeugung von Materialgradienten wurden daher drei grundlegende Methoden untersucht. So ist es möglich, Gradienten durch Material-, Struktur- oder Geometrieänderungen zu generieren. Über die Definition von Makro-Materialgradienten und die verschiedenen Methoden zur Erzeugung der Gradienten in Bauteilen, erfolgte die praktische Umsetzung anhand von Demonstratoren. Im Projekt wurden, in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern, mehrere Bauteile mit integriertem Makro-Materialgradient entwickelt. Die erforderlichen Daten für die Umsetzung mit dem PolyJet-Matrix-System wurden in einem CAD-Programm oder mittels Reverse Engineering-Verfahren erzeugt. Die erstellten Konstruktionen wurden durch FEM-Analysen überprüft. Umfangreiche Werkstoffuntersuchungen stellten die, für die FEM-Simulation benötigten, Werkstoffkenndaten der neuartigen Materialien zur Verfügung. Als neuartige Alternative für die konventionelle Datenschnittstelle STL gilt das AMF-Format, welches für das Projekt analysiert und praktisch erprobt wurde. Durch die Nutzung dieses Dateiformats wäre eine bessere und genauere Beschreibung von Objekten für die additiven Fertigungsverfahren möglich. Jedoch ist, für das im Projekt genutzte Prototyping-System, keine hardwareseitige Unterstützung des AMF-Formates gegeben. Somit musste weiterhin das STL-Format als Datenschnittstelle genutzt werden. Die 3D-gedruckten Prototypen mit Materialgradienten konnten, wie in der Entwicklung vorgesehen, erzeugt werden. Den Abschluss der Prozesskette liefert der Projektpartner 3D Schilling Prototypen GmbH Sondershausen mit der Überführung eines Rapid Prototyping-Bauteils mit Makro-Materialgradient in die Vorserienfertigung. Dadurch ist die Prozesskette geschlossen und detailliert in einzelnen Teilschritten untersucht.

Schlussfolgernd kann festgehalten werden, dass die Fertigung von Bauteilen mit Makro-Materialgradienten großes Potential in verschiedenen Anwendungsgebieten besitzt, für dessen Entwicklung diese Prozesskette als Grundlage dienen kann.

 


Gradientenverlauf Schuhsohle

 

Projektlaufzeit

01.01.2012 – 30.04.2014

Projektsumme

0,25 Mio. €

Projektpartner

3di
3D Schilling
Klinik für Hals-, Nasen- und Ohrenheilkunde - Univeritätsklinikum Jena

Gefördert durch

Gefördert vom TMWAT/TAB mit dem Kennzeichen 2011 FE 9041

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Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Jens Bliedtner
Matthias Rost, M. Eng.

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