Analyse der Auswirkungen der Füllungsdichte auf die mechanische Kompression von ASA in der additiven Fertigung: eine FEM-Perspektive

Zusammenfassung Die additive Fertigung (AM) stellt eine neuartige Methode zur Teilefertigung dar und revolutioniert die Designprinzipien und Prozesse. Unter den verschiedenen AM-Methoden ist die Fused Filament Fabrication (FFF) eine der am häufigsten verwendeten und kostengünstigsten Methoden mit zahlreichen Anwendungen in einem breiten Spektrum von Bereichen. Aufgrund der grundlegenden physikalischen Mechanismen, die während des Teilebaus auftreten, erwirbt das Material im Vergleich zu Massivmaterial unterschiedliche Eigenschaften. Gleichzeitig beeinflussen Parameter wie das Füllmuster und die Füllungsdichte das Gesamtverhalten des Teils erheblich. Eine effiziente und effektive Methode zur Minimierung der Notwendigkeit experimenteller Untersuchungen und zur Definition der mechanischen Eigenschaften in Bezug auf diese Parameter (d. h. Füllungsdichte und -muster) ist die Finite-Elemente-Methode (FEM). In der aktuellen Studie wurden präzise FEM-Modelle entwickelt und präsentiert, die die genaue Geometrie von Kompressionsproben zur Simulation des Kompressionsverhaltens von FFF-gedrucktem ASA-Polymer berücksichtigen. Genauer gesagt wurden Wabenfüllmuster mit unterschiedlichen Füllungsdichten simuliert, und die Ergebnisse wurden durch direkten Vergleich mit den entsprechenden experimentellen Ergebnissen validiert. Es wurde abgeleitet, dass die Verwendung einer angemessenen Maschenweite zu einer höheren Präzision führt und auch die Stabilität der numerischen Simulation erhöht, während die FEM-Modelle die Lasten sowie die deformierten geometrischen Formen für verschiedene Füllungsdichten vorhersagen können. Zusammenfassend wird nachgewiesen und argumentiert, dass der Einsatz von FEM und einem geeigneten Modellierungsansatz tatsächlich eine machbare und effiziente Methode ist, um das Druckverhalten von FFF-Teilen vorherzusagen und zu definieren.