Einfluss ausgewählter Druckparameter auf Form und Stabilität beim FDM-Verfahren

Abstract

Im Zuge dieser Masterarbeit wird ein sogenanntes Benchmark-Teil, also ein Vergleichsteil mit relevanten Geometrien, konstruiert und gefertigt. Relevante Geometrien können Gewinde, Überhänge, Fasen, Schriftzüge, Pyramiden, Zylinder, etc. sein. Diese werden auf einer Platte angeordnet, und zwar möglichst platzsparend, da die Druckzeit ein wesentlicher Faktor ist. Die Konstruktion erfolgt in einem beliebigen 3D-CAD Programm, die Daten werden mittels neutraler Schnittstelle (STL-Format) auf den 3D-Drucker überspielt und mit der druckereigenen Software zum Drucken vorbereitet. Der Druckvorgang erfolgt mit unterschiedlichen Parametereinstellungen. Diese Parameter sind die Düsentemperatur, die Bauraumtemperatur, die Ausrichtung des Bauteils im Bauraum sowie die Ausrichtung in der Ebene. Durch Variation dieser Parameter soll die optimale Einstellung für das verwendete Material gefunden werden. Da unterschiedliche Materialien einen starken Einfluss auf das Druckergebnis haben, muss jedes neue Material extra eingestellt werden. Das Benchmark-Teil wird durch optische und taktile Messverfahren vermessen, um Aussagen über die Genauigkeiten der Oberfläche und der Geometrien treffen zu können. Es werden die Geometrien auf eventuelle Druckfehler untersucht, außerdem werden die Rauheiten, Maße, Formen und Lagen zueinander gemessen. Nach Auswertung dieser Daten können die optimalen Druckparameter festgelegt werden. Neben der optischen Untersuchung wird auch eine Festigkeitsüberprüfung durchgeführt, wozu die Konstruktion und Fertigung eines genormten Zugprüfstabs erfolgt. Dieses zweite Benchmark-Teil wird mit einer Zugprüfmaschine auf seine mechanischen Eigenschaften überprüft. Auch hier wird mit unterschiedlichen Parametereinstellungen gedruckt und danach bewertet. Man erhält somit die optimalen Parameter für die Festigkeit, welche nicht zwingend mit den optimalen geometrischen Parametern übereinstimmen müssen.

In the course of this master thesis a so-called benchmark part, like a comparison part with relevant geometries, is constructed and manufactured. Relevant geometries can be threads, overhangs, chamfers, lettering, pyramids, cylinders, etc. Those are arranged on a plate, as space-saving as possible, because the printing time is a significant factor. The design is carried out in any 3D CAD program, the data is transferred to the 3D printer using a neutral interface (STL format) and prepared for printing using the provided software of the manufacturer. The printing process is carried out with different parameter settings. These parameters are the nozzle temperature, the installation space temperature and the alignment of the component in the installation space. By varying these parameters, the optimal setting for the respective material should be found. As different materials have a strong influence on the print result, each new material has to be adjusted separately. The benchmark part is measured by optical and tactile measuring methods, in order to be able to make statements about the accuracies of the surface and the geometries. The geometries are examined for possible printing errors, the roughness, dimensions, shapes and positions are also measured. After evaluation of these data, the optimal pressure parameters can be defined. In addition to the optical examination, a strength test is also carried out. For this purpose, the design and production of a standardized tensile test rod is carried out. This second benchmark part is tested by a tensile testing machine for its mechanical properties. Here, too, different parameter settings are printed and evaluated. The optimum parameters for the strength are thus obtained, which need not necessarily coincide with the optimum geometric parameters.