Thema

Title: Belastungsgerechte Bahnplanungsstrategie im mehrachsigen FDM-Verfahren unter Verwendung von FEM-ermittelten Spannungsfeldern
Type:
  • Bachelor thesis
  • Study thesis
  • Master thesis
Advisor:
Status: available

Background

3D-Druck ist in den letzten Jahren vermehrt zum Einsatz gekommen, hauptsächlich um geometrische Prototypen aber vereinzelt auch funktionale Bauteile zu fertigen. Das am ISW eingesetzte FDM-Verfahren (Fused Deposition Modeling) ist ein Schichtverfahren, das Geometrien in einzelne Layer unterteilt. Um die Druckqualität zu verbessern (Steigerung der Festigkeit, der Oberflächengüte, Vermeidung von Stützstrukturen etc.) wird am ISW das mehrachsige FDM-Verfahren erforscht. Die Bahnplanung ist dabei eine grundsätzliche Herausforderung, die deutlich umfangreicher als im klassischen FDM-Verfahren gestaltet werden muss. Voruntersuchungen haben gezeigt, dass die Festigkeitseigenschaften von gedruckten Bauteilen enorm von der Bahnplanung abhängen. Die aus dem Prozess resultierende Anisotropie kann im konventionellen 3-achsigen Verfahren nur bedingt vorteilhaft ausgenutzt werden.

Task

Ausgehend von den Untersuchungen der trajektorienbezogenen Bauteileigenschaften von FDM gedruckten Bauteilen (siehe unteres Bild) soll eine Strategie ausgearbeitet werden, die eine beslastungsorientierte Bahnplanung ermöglicht. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Ermittlung von Spannungsverläufen (Vektorfelder der 1. Hauptspannung) mittels FEM-Berechnung. Die Ergebnisse sollen im weiteren Schritt ausgewertet werden mit dem Fokus auf die FEM-prozessbedingte Herstellung. Das bedeutet eine Differenzierung eines Hauptvolumens in diskrete Untervolumina, die jeweils Hauptorientierungsflächen ausgehend von den Spannungsverläufen besitzen. Die somit erzeugten Meta-Daten sollen neben den Geometrieinformationen der Bahnplanung zur Verfügung gestellt werden. Abschließend folgt die prozessorientierte Bahnplanung in Kooperation und das Drucken von Kunststoff- und CFK-Bauteilen.

Die Arbeit umfasst folgende Arbeitspunkte:

  • Einarbeitung in das mehrachsige FDM-Verfahren
  • Planung des Prozessablaufs zur Ermittlung der Spannungsfelder und Untervolumina
  • Spannungsberechnung von Referenzbauteilen mittels FEM
  • Datenverarbeitung und Bereitstellung der Meta-Daten
  • Implementierung und Testdruck in vorhandener Mehrachskinematik

Prerequisites

  • Interesse am 3D-Druck
  • Interesse Steuerungstechnik
  • FEM-Kenntnisse erwünscht (ANSYS)
  • Programmierkenntnisse erwünscht (Matlab, C/C++ etc.)