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- TitleExperimentelle Untersuchungen zum Aufschmelz- und Fließverhalten von Kunststofffilamenten in der FFF und deren Anwendung zur Simulation des Druckprozesses
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- Description1 Online-Ressource (III, 166 Seiten) : Illustrationen, Diagramme
- Institutional NoteUniversität Paderborn, Dissertation, 2024
- AnnotationTag der Verteidigung: 09.07.2024
- Defended on2024-07-09
- LanguageGerman
- Document TypesDissertation (PhD)
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Zusammenfassung
Die Fused Filament Fabrication (FFF) gehört zu den zahlenmäßig am häufigsten eingesetzten additiven Fertigungsverfahren, sowohl im privaten als auch industriellen Sektor. Die simulative Druckvorhersage im FFF rückte jedoch erst innerhalb der letzten Jahre in einigen wenigen wissenschaftlichen Arbeiten in den Vordergrund. Im Gegensatz zu etablierten Kunststoffverarbeitungsverfahren werden hier in der Verfahrens-, Prozess- und Bauteilentwicklung bisher kaum Simulationen in der Entwicklung eingesetzt. Es bedarf immer noch weiterer Forschungsarbeit, um zukünftig das zeitaufwändige Trial-and-Error-Prinzip in der FFF zu ersetzen. In dieser Arbeit werden deshalb die physikalischen Vorgänge im FFF-Hotend in Abhängigkeit von Düsengeometrie, Material- und Verarbeitungsparametern sowohl experimentell und simulativ untersucht, um Aufschluss über Wirkungszusammenhänge in der Druckerdüse zu geben. Es werden geeignete Methoden zur messtechnischen Erfassung des Aufschmelz- und Fließverhaltens entwickelt und deren Eignung diskutiert. Neben Handlungsempfehlungen zur Wahl von Materialeigenschaften und Prozessparametern werden auch numerische Modelle vorgestellt. Diese beschreiben die Zwei-Phasenströmung in einer 2D-Strömungsgeometrie und ermöglichen eine simulative Prozessvorhersage im untersuchten FFF-Hotend, basierend auf den experimentellen Erkenntnissen.
Abstract
Fused filament fabrication (FFF) is a commonly used additive manufacturing process in both private and industrial sectors. However, process simulation in FFF has only recently been explored in scientific papers. Therefore, unlike established plastics processing methods, simulations have not been extensively used in the development of methods, processes and components in FFF. However, further research is still needed to replace the time-consuming trial-and-error principle in FFF. This work investigates the physical processes in the hotend both experimentally and through simulation, as a function of nozzle geometry, material, and processing parameters. The aim is to provide information about interactions inside the printer nozzle. Different methods for measuring melt and flow behaviour, together with recommendations for the selection of material properties and process parameters are described. In addition, numerical models are presented to simulate the two-phase flow in a 2D flow geometry and to predict process behaviour in the FFF hot end based on the experimental results.
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