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Thursday, September 14, 2023, Berlin 2:00 PM Additive Fertigung - Fügen additiv hergestellter Bauteile |
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Nutzen der Gestaltungsfreiheiten additiver Fertigungsverfahren zum Erhöhen der Festigkeit von Klebverbindungen aus schwer klebbaren Kunststoffen |
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Stephan Koch* / Technische Universität Braunschweig,
Institut für Füge- und Schweißtechnik, Deutschland Elisabeth Stammen / TU Braunschweig, Institut für Füge- und Schweißtechnik, Deutschland Klaus Dilger/ TU Braunschweig, Institut für Füge- und Schweißtechnik, Deutschland Raphael Freund/ TU Braunschweig, Institut für Konstruktionstechnik , Deutschland Thomas Vietor/ TU Braunschweig, Institut für Konstruktionstechnik , Deutschland |
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Die Additive Fertigung (AF) – auch als 3D-Druck bezeichnet – hat sich mittlerweile aufgrund der großen konstruktiven Freiheiten und stetigen Verbesserungen bei der Fertigungsqualität in der Industrie sogar zur Herstellung von Endprodukten etabliert. Die Designfreiheiten werden allerdings in der Regel durch den verfügbaren Bauraum der Fertigungsanlagen und die daraus resultierende Notwendigkeit zur Bauteiltrennung limitiert, wodurch geeigneten Fügetechnologien notwendig werden. Ein Teil der genutzten technischen Kunststoffe weist jedoch ohne zusätzliche Vorbehandlungsmaßnahmen eine unzureichende Klebeignung auf. Daher wurde für das Verfahren der Materialextrusion (MEX) – auch Fused Deposition Modeling –die Realisierung von hinterschnittigen Verankerungsstrukturen für die Klebverbindung untersucht. Die Versuche zeigten die besten Ergebnisse für dreidimensionale Gitterstrukturen, da hier der Formschluss in allen Raumrichtungen vorliegt. Die Fügeteile dafür wurden aus Polypropylen sowie Polyamid gedruckt und mit unterschiedlichen Klebstoffen geklebt. Die Prüfung der Klebung erfolgte in Schub- und Zugrichtung. Das Gitter war nur im Bereich der Klebfläche notwendig und sollte ein möglichst kleines Volumen haben, um nicht zu viel Klebstoff beim Füllen zu verbrauchen. Das Ergebnis der Optimierung war ein kubisch raumzentriertes Gitter mit halber Zelltiefe (2,4 mm). An der gitterstrukturierten Klebfläche war die Bruchfestigkeit der Klebung immer besser als an der glatten Oberfläche, auch bei Plasmavorbehandlung der Oberfläche. Und auch die Alterungsbeständigkeit der im Gitter verklammerten Klebung war besser. Abschließend wurde das gesammelte Wissen in Gestaltungsrichtlinien zur Fügezonengestaltung formalisiert und die Anwendbarkeit anhand eines Blech-Hutprofils mit eingeklebtem verrippten Querträger gezeigt. Das Forschungsvorhaben IGF 21138 N („Design2Bond“) der Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des DVS wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. |