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Vortrag

Verarbeitung von PP mittels 3D-Fused Filament Fabrication - Einfluss von Werkstoff- und Verfahrensparametern auf die mechanischen Eigenschaften

Mittwoch (25.04.2018)
15:20 - 15:40 Uhr Raum 0.226
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Unter den 3D Druckverfahren von Kunststoffen ist das als Fused Filament Fabrication (FFF) bekannte Verfahren am weitesten verbreitet. Bei diesem Verfahren wird geschmolzenes, thermoplastisches Material aus einer Düse extrudiert und Schicht für Schicht aufgetragen, um somit das Bauteil zu realisieren. Die am häufigsten dafür eingesetzten Kunststoffe sind Polymilchsäure (PLA) und Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS), und es ist bekannt, dass die erzielbaren Produkteigenschaften wesentlich vom spezifischen Werkstofftyp innerhalb dieser Werkstoffkategorien und von darauf angepassten Verarbeitungsparametern im FFF-Verfahren abhängen.

Neuerdings gibt es zunehmend Interesse auch teilkristalline Polymere wie Polypropylen (PP), die in großen Mengen sowohl im Spritzguss als auch in der Extrusion eingesetzt werden, im FFF-Verfahren zu verarbeiten. In dieser Arbeit wurden daher systematisch drei verschiedene PP-Typen (2 Spritzgusstypen, 1 Extrusionstype) mit deutlich unterschiedlichen Molmassen (unterschiedliche MFI-Werte) zu Monofilamenten extrudiert und anschließend unter kontrollierten Bedingungen mittels FFF-Drucker verarbeitet. Unter systematischer Variation der Prozessparameter (Druckgeschwindigkeit und Filament-Ablegeorientierung) wurden Zugprüfkörper hergestellt, die anschließend thermoanalytisch (DSC) und mechanisch (Zugversuch) charakterisiert wurden. Als Referenz wurden zusätzlich im konventionellen Spritzgussverfahren hergestellte Prüfkörper aus den drei PP-Typen untersucht.

Die Ergebnisse zeigten, dass FFF-Prüfkörper mit Filament-Ablegeorientierung in Zugrichtung nahezu gleiche mechanische Eigenschaften aufweisen wie spritzgegossene Prüfkörper. Wichtige Voraussetzung dafür ist allerdings, dass die Aufschmelzleistung der Düse für die gewählte Ablegegeschwindigkeit ausreichend dimensioniert ist. Andererseits weisen FFF-Prüfkörper mit Filament-Ablegeorientierung normal zur Zugrichtung deutlich schlechtere mechanische Kennwerte auf (Abfall im E-Modul bis zu 50%; Abfall in der Streckspannung bis zu 70%; Abfall in der Reißdehnung bis zu >90%; jeweils abhängig vom PP-Typ). Diese Änderungen in den mechanischen Eigenschaften werden über polymerphysikalische Konzepte (Einfluss von sogenannten Interfilament-Tie-Molekülen und Interfilament-Verschlaufungen sowie Molekulare Orientierungen erklärt). Ein genaues Verständnis dieser Effekte ist Voraussetzung für die optimale Werkstoffauswahl und darauf angepasste Verfahrensparameter zur Verarbeitung von PP.

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Gerhard Bräuer
Johannes Kepler Universität Linz
Weitere Autoren/Referenten:
  • Klaus Sachsenhofer
    Johannes Kepler Universität Linz
  • Dr. Harald Schobermayr
    Johannes Kepler Universität Linz
  • Prof. Dr. Reinhold W. Lang
    Johannes Kepler Universität Linz