ISBN 9783843954945

978-3-8439-5494-5, Reihe Produktentwicklung

Tim Heitkamp
Methodisches Konstruieren für die additive Fertigung von endlosfaserverstärkten Kompositbauteilen

256 Seiten, Dissertation Technische Universität Braunschweig (2024), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die additive Fertigung bietet dem Anwender neuartige gestalterische Freiheiten bei der Entwicklung von innovativen Produkten. Eines der am weitesten verbreiteten additiven Fertigungsverfahren ist die Materialextrusion. Geringen Anlagen- und Materialkosten und einer einfachen Handhabung stehen dabei vergleichsweise schlechte Materialeigenschaften gegenüber, sodass die Materialextrusion bei der Wahl geeigneter Fertigungsverfahren für mechanisch stark beanspruchte Bauteile häufig ausgeschlossen wird. Um diesem Mangel entgegenzuwirken, hat sich eine Weiterentwicklung der Materialextrusion etabliert, welche die Einbettung von Endlosfasern in die extrudierbaren Thermoplaststränge vorsieht. Dies geht nicht nur mit einer signifikanten Steigerung der mechanischen Eigenschaften einher, sondern bietet auch zahlreiche Potenziale für die Integration von zusätzlichen Funktionen. Gleichwohl bleiben diese Potenziale aufgrund mangelnder Kenntnisse und einer unzureichenden methodischen Unterstützung während des Produktentwicklungsprozesses häufig ungenutzt.

In der vorliegenden Arbeit werden daher verfahrensspezifische opportunistische Gestaltungsprinzipien systematisch erarbeitet, gesammelt und anwendergerecht aufbereitet. Restriktives Gestaltungswissen wird in Form eines umfangreichen Konstruktionskatalogs kodifiziert und zur Verfügung gestellt. Zudem werden ausgewählte Gestaltungsprinzipien anhand von experimentellen Untersuchungen validiert und der Einfluss bislang unerforschter Einflussfaktoren ermittelt. Diese Untersuchungen schließen Optimierungsansätze zur belastungsgerechten Faserausrichtung, die Hybridisierung additiv gefertigter Komposite zur Einstellung der mechanischen Eigenschaften und die Ermittlung von Einflussfaktoren auf die Piezoresistivität von integrierten Sensoren ein. Zur methodischen Unterstützung des Produktentwicklungsprozesses wird zudem eine angepasste Methodik für die Entwicklung und Gestaltung von additiv gefertigten Kompositbauteilen vorgeschlagen.