Messung der Filamentqualität

Die Qualität additiv gefertigter Bauteile ist entscheidend abhängig von den eingesetzten Werkstoffen. Technisch relevante Anwendungen sind häufig nur durch faserverstärkte Halbzeuge, die effizient durch filamentbasierte Druckverfahren verarbeitet werden können, realisierbar. Eine vollständige Beschreibung der Qualitäts- und Prozesseigenschaften entlang der gesamten Prozesskette ist eine Grundvoraussetzung für reproduzierbare, hochwertige Produkte. Fehlerhafte Filamente, z. B. durch Porositäten, verhindern das die möglichen mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes im Bauteil effektiv ausgenutzt werden. Zur Quantifizierung von faserverstärkten Filamentqualitäten erfolgt eine Erweiterung der Kriterien der Norm ISO/ASTM DIS 52903-1 um spezielle Struktureigenschaften, z.B. Fasergehalt, Faserlängenverteilung, Porosität und eine Messung der 3D-Druckbarkeit mit einem speziell entwickelten Prüfstand. Der Prüfstand besteht aus einer instrumentierten 3D-Drucker-Extrusions- und -Aufschmelzeinheit. Aus der Messung von Filamentkraft und -geschwindigkeit in Abhängigkeit von den Anpresskräften der Antriebsräder, Düsendurchmesser und Düsentemperatur- und Durchflussmengensollwerten werden entscheidende Kennlinien und Parameter für die optimale Steuerung des Druckprozesses abgeleitet. Aus einer gewichteten Zusammenfassung normierter Eigenschaften aus den Kategorien Geometrie, Mechanik und Verarbeitbarkeit lässt sich ein Qualitätsindex für faserverstärkte thermoplastische Filamente ableiten.

Dies ermöglicht quantitative Vergleiche zwischen verschiedenen Filamenten und gibt Hinweise auf Unterschiede zu Eigenschaften konkurrierender Verarbeitungsverfahren, z.B. den Spritzguss.