ISBN 978-3-8439-5570-6

978-3-8439-5570-6, Reihe Luftfahrt

Florian Althammer
Numerische und experimentelle Methodenentwicklung zur prototypischen Herstellung thermoplastischer Semi-Strukturbauteile im Automobilbau

234 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2024), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Der Einsatz thermoplastischer Semi-Strukturbauteile im Automobilbau zielt auf die Steigerung des Leichtbaugrades und die Reduzierung der CO2-Emissionen ab. Aufgrund der komplexen Topologie spritzgegossener Strukturen sind experimentelle Validierungen in frühen Entwicklungsphasen kosten- und zeitintensiv. 3D-Druckverfahren haben sich in den letzten 15 Jahren weiterentwickelt und bieten Potenzial für die Herstellung funktionaler Prototypen. Dennoch bestehen

Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften zwischen 3D-gedruckten und spritzgegossenen Werkstoffen.

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Methodik zur Herstellung prüffähiger 3D-Druck-Prototypen, die sich funktionsäquivalent zu spritzgegossenen Referenzbauteilen verhalten. Dazu werden die Eigenschaften von lasergesinterten Prototypen aus PA11-, PA12- und PA12-CF-Sinterpulver experimentell und numerisch charakterisiert. Die mechanischen Eigenschaften werden durch Coupon- und Komponentenprüfungen erfasst und mit optischen sowie taktilen Messverfahren bewertet. Die Bauteilausrichtung im SLS-Bauraum und deren Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften werden untersucht. Für unverstärkte SLS-Werkstoffe wird ein isotrop elastisches und teilweise anisotrop plastisches Verhalten abgeleitet, während für PA12-CF ein orthotropes elastisch-plastisches Verhalten ermittelt wird. Zur Optimierung der 3D-gedruckten Strukturen werden Methoden entwickelt, die das mechanische Verhalten an die spritzgegossenen Referenzbauteile annähern. Abschließend erfolgt die experimentelle Validierung der numerischen Ergebnisse durch 3-Punkt-Biegeprüfungen, wobei die optimierten 3D-gedruckten Strukturen eine hohe Approximation des Referenzverhaltens aufweisen.