TUV Wissenschaftspreis 18112021

Charakterisierung von 3D gedruckten Metamaterialien

Präsentation der DA auf YouTube

Die 3D Drucktechnologie wird in der heutigen Zeit immer wichtiger und findet immer mehr Anwendungsbereiche in der Industrie, Medizintechnik, Leichtbau und vielen anderen Bereichen, hingegen additive Fertigungsverfahren früher fast ausschließlich für Prototypen verwendet wurden.

Unsere Arbeit beschäftigt sich mit speziellen Strukturen, die mithilfe des 3D Druckes hergestellt werden, den sogenannten Metamaterialien (Einblendung Würfel/Strukturen). Diese Metamaterialien haben besondere, geometrisch definierte Strukturen, die ihnen ihre einzigartigen Eigenschaften verleihen. (Einblendung Diplomarbeit abgefilmt „Leichte Metamaterialien“). Je nach geforderten Anwendungseigenschaften, können so unterschiedliche Strukturen bzw., Zellen verwendet werden.

Da diese sehr komplexen Strukturen nur schwer berechenbar sind, haben wir in unserer Arbeit versucht, Simulationen und Realergebnisse miteinander zu vergleichen. Unsere Arbeit ist also eine Grundlagenforschung, in der wir feststellen sollten, wie sich diese Strukturen unter einem einfachen Spannungszustand verhalten.

Die Arbeit besteht dabei hauptsächlich aus drei Themen:

  • Der Konstruktion und Simulation der 4 ausgewählten Strukturen.
  • Der Herstellung aus 3 unterschiedlichen Materialien, einem Harz und zwei Thermoplasten, jeweils mit zwei verschiedenen Fertigungsverfahren hergestellt, Fused Filament Deposition und DLP (Verbesserungen der Satzstellung möglich)
  • Der Druckprüfung der Strukturen und dem Vergleich mit der Simulation.

(jeweils Einblendungen der Verfahren, bzw. Prüfung)

Für eine gut berechenbare Simulation wurden die Materialkennwerte mittels einer Dynamisch-mechanische Analyse und eines Biegetestes bestimmt.

Besonderes Augenmerk wurde auf die exakte Verarbeitung und Herstellung der Probekörper und der Geometrien gelegt, damit ein wiederholbares Prüfergebnis gewährleistet werden konnte.

Zusätzlich wurde mit speziellen optischen Auswertesystemen gearbeitet die eine exakte Verformungsanalyse zulassen.

In Zusammenarbeit mit dem Polymer Competence Center Leoben, konnten diese Daten weiter verarbeitet werden, um in zukünftigen Anwendungen das mechanische Verhalten, solcher komplexen Strukturen besser vorherzusagen. Dabei Profitieren nicht nur Bereiche wie der Leichtbau, sondern beispielsweise auch die Medizintechnik, in der es auf individuelle Bauteile mit maßgeschneiderten Eigenschaften ankommt.

 
 

 

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