Qualification of new FDM materials based on weld seam strenght

Beim Fused Deposition Modeling (FDM) entsteht ein Bauteil, indem ein Polymerstrang Schicht für Schicht aufgetragen wird. Durch thermisches Verschmelzen verbindet sich das abgeschiedene Material mit der darunter liegenden Schicht. Dies führt zu den für das FDM-Verfahren charakteristischen Schweißnähten. Ein wesentlicher Bestandteil der Qualifizierung neuer Materialien für das FDM-Verfahren ist daher die Bewertung der Verarbeitungseignung anhand der Schweißnahtqualität. Ziel der Forschung in Zusammenarbeit mit dem Industriekonsortium DMRC ist es, die Materialqualifizierung von Hochleistungspolymeren voranzutreiben.

In den Untersuchungen wird eine am Direct Manufacturing Research Center (DMRC) entwickelte innovative Methodik zur Prüfung der erzielbaren Schweißnahtqualität eingesetzt, die eine Beurteilung der Verarbeitungseignung von Werkstoffen im FDM-Prozess ermöglicht. Die Versuche werden auf einer parameteroffenen Hochtemperaturmaschine durchgeführt, um die Bedeutung verschiedener Verarbeitungsparameter für die Verarbeitung von Hochleistungspolymeren im FDM nachweisen zu können. Hauptbestandteil der Methodik ist die Herstellung von einsträngigen Probekörpern mit dem Ziel, die mechanischen Festigkeitswerte der einzelnen Schweißnähte anhand von Zugversuchen zu ermitteln.

Die Untersuchungen zeigten die Eignung der Methodik für Hochleistungspolymere und es wurden erfolgreich Prozessparameteroptimierungen durchgeführt. Insbesondere die Düsentemperatur und die Baukammertemperatur haben einen großen Einfluss auf die Schweißnahtqualität. Folgende Materialien wurden für das FDM-Verfahren qualifiziert:

• Polyetheretherketon (PEEK), kohlenstofffaserverstärktes PEEK, wärmeleitfähiges PEEK
• Polyphenylsulfon (PPSU)
• Polypropylen (PP) mit 30 % Glasfasern