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Oral-Poster-Präsentationen

Viskoelastische Modellierung des Sinterns von Polymermaterialien

Mittwoch (25.04.2018)
18:00 - 18:05 Uhr Kongresssaal
Bestandteil von:


Für das Selektive Lasersintern (SLS), das Fused Deposition Modeling (FDM) oder das Rotational Moulding von Kunststoffen sind das Schmelzen der teilkristallinen Polymeren, die Koagulation der geschmolzenen Polymerpartikel und die nachfolgende Polymerkristallisation die zugrundeliegenden Prozesse Durch das viskoelastische Materialverhalten unterscheidet sich Verarbeitungsverhalten von Polymeren vom metallischen Sintern. Die Einbeziehung des viskoelastischen Verhaltens in Materialmodelle ist deshalb für eine umfassende Modellierung des Sintervorganges von Polymeren erforderlich.

Eine Arbeit von Frenkel [1] beschreibt das frühe und späte Stadium des Sinterns eines Metallpulvers als einen durch Minimierung der Oberflächenenergie angetriebenen viskosen Fließprozess. Für das frühe Stadium wird die Koagulation zweier kugelförmiger Teilchen betrachtet und das späte Stadium wird durch das Kollabieren einer sphärischen Pore in der Schmelze beschrieben. Das frühe Stadium wurde von Bellehumeur et al. bereits auf eine viskoelastische Materialfunktion [2] verallgemeinert. Für die späte Phase existierte bisher nur eine Erweiterung, die den Effekt des Drucks des Gases in der Pore berücksichtigt [3].

Nach einer Darstellung des Modells von Frenkel [1] und dessen Erweiterung auf die viskoelastische Koagulation [2] wird ein viskoelastisches Modell für den Porenkollaps vorgestellt [4]. Die Viskoelastizität wurde analog zu Bellehumeur et al. [2] behandelt.

Die numerische Simulation zeigt eine ausgeprägte Verlangsamung des Porenkollapses durch die Viskoelastizität [4]. Erste Versuche zur Berücksichtigung der Diffusion des eingeschlossenen Gases in die Polymermatrix [4] sind durch Arbeiten von Kontopoulou und Vlachopoulos [5] und Gogos [6] motiviert. Numerische Lösungen eines vereinfachten Modells [4] zeigen, dass die Einbeziehung der Gasdiffusion zu einem vollständigen Zusammenbruch der Pore führt.

[1] J. Frenkel, Journal of Physics IX, 385-391 (1945).

[2] C. T. Bellehumeur et al., Rheol Acta 37, 270-278 (1998).

[3] J.K. Mackenzie and R. Shuttleworth, Proc. Phys. Soc. B 62, 833-852 (1949).

[4] F. Wohlgemuth and I. Alig, Viscoelastic modelling of gas pore collapse during polymer sintering, Proceedings of the 32nd International Conference of the Polymer Processing Society, Lyon, July 25 to 29, vol. 1, 1252-1256.

[5] M. Kontopoulou and J. Vlachopoulos, Polymer Engineering and Science 39,

1189-1198 (1999).

[6] G. Gogos, Polymer Engineering and Science 44, 388-394 (2004).

Sprecher/Referent:
Dr. Ingo Alig
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit
Weitere Autoren/Referenten:
  • Florian Wohlgemuth
    Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg