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Additive Fertigungsverfahren / Gerätetechnik

3D-Drucker ermöglichen es bereits in der Planungs- und Entwicklungsphase eine Idee greifbar in den Händen zu halten. Dies öffnet neue Türen im Bereich der Produktentwicklung.

3D-Drucker sind im Bereich des Rapid-Prototyping weit verbreitet. So ist es möglich, mit vergleichsweise geringen Kosten Kleinteile und Prototypen herzustellen. Allerdings weisen die bisher verwendeten Materialen wie beispielsweise PLA und ABS eine geringe Steifigkeit und Festigkeit auf. Es ist daher nur sehr begrenzt möglich, ausgedruckte Werkstücke mechanisch zu belasten.

Innerhalb des Systemtechnikschwerpunkts des IMS, werden in Projekt- und Bachelorarbeiten Versuche mit glasfaserverstärkten Thermoplasten im FDM-Verfahren (Fused Deposition Modeling) durchgeführt. Das Ziel dieser Forschung ist es die mechanischen Eigenschaften von ausgedruckten Werkstücken so weit zu verbessern, dass sie grösseren Belastungen standhalten als herkömmliche Druckteile. Durch geeignete Materialwahl, wie zum Beispiel Glasfaserverstärkte Materialien, welche bereits im Spritzgussverfahren eingesetzt werden, könnte dies schon bald möglich sein. Somit könnten nicht nur Modelle und Prototypen im FDM-Verfahren hergestellt werden sondern auch Endprodukte für Kleinserien.

Das für den Druck benötigte Filament wird aus Granulat auf einem selbstgebauten Extruder hergestellt. Die Faserausrichtung in den hergestellten Filamenten wird durch Schliffbilder überprüft. Durch Zugversuche werden bei den gängig eingesetzten Thermoplasten wie ABS und PLA sowie auch bei den Glasfaserverstärkten der E-Modul und die Zugfestigkeit von gedruckten Objekten getestet.

Forschungsgebiete

  • Geräte- und Prozessentwicklung für Fused Deposition Modeling (FDM)
  • Faserverstärkte Thermoplaste für Fused Deposition Modeling (FDM)
  • Charakterisierung der mechanischen Werkstoffeigenschaften von Werkstoffen für FDM
  • Numerische Strukturanalyse von FDM-Bauteilen 

Projektteam: Prof. Dr. Wilfried Elspass, Oliver Tolar, Denis Herrmann

Ansprechpartner IMS:

Prof. Dr. Wilfried Johannes Elspass

Prof. Dr. Wilfried Johannes Elspass

ZHAW School of Engineering
Forschungsschwerpunkt Systemtechnik
Technikumstrasse 9
8400 Winterthur

+41 (0) 58 934 78 28
wilfried.elspass@zhaw.ch