Multimaterial-Extrusionsbasierte additive Fertigung von biegsamen Rissverhinderern: Einfluss von Schichtlängen, -dicken und angewendeten Dehngeschwindigkeiten

Die additive Fertigung ist ein nützliches Werkzeug zur Herstellung komplexer Multimaterialstrukturen. Biegsame Zwischenschichten (ILs) können leicht in starre Materialien eingeführt werden, um die Zähigkeit zu erhöhen und Risswachstum zu stoppen oder zu behindern, wie es in der Natur geschieht. Ziel dieser Arbeit ist es, den Einfluss variierender IL-Längen und -dicken auf die Rissausbreitung in 3D-gedruckten Polymeren bei unterschiedlichen Lastgeschwindigkeiten zu analysieren. Ein glycolmodifiziertes Polyethylenterephthalat wird als Matrixmaterial verwendet, während ein thermoplastisches Elastomer auf Copolyesterbasis als biegsame IL dient. Der Probenbau erfolgt mit einem Fused-Filament-Fabrication 3D-Drucker, der mit einer Multimaterialeinheit ausgestattet ist, die es ermöglicht, ein Bauteil aus mehreren Materialien in einem Druckvorgang zu drucken. Additiv gefertigte Charpy-Proben werden im dreipunktigen Biegeversuch bei Lastgeschwindigkeiten zwischen 0,1 mm min −1 und 3,8 m s −1 getestet. Die Dicke der IL hat nahezu keinen Einfluss auf die Energieabsorption, solange sie in der gleichen Druckausrichtung und Lastgeschwindigkeit bleibt. Bei variierenden IL-Längen tritt ein ständiger Wettkampf zwischen Rissdurchdringung und Rissablenkung auf. Bei niedrigen Lastgeschwindigkeiten wirkt die IL als Defekt. Mit zunehmender Lastgeschwindigkeit erhöht sich die insgesamt absorbierte Energie von Verbundwerkstoffen im Vergleich zum reinen Matrixmaterial.