Strukturauslegung einer Düse zur Beschleunigung der additiven Fertigung

3D-Druck und Struktursimulation: In dieser Arbeit werden neuartige Geometrien von Düsen in 3D-Drucker auf ihre Festigkeit hin untersucht.

Qualität von Testdrucken, die in ca. 22 min (links), 7:48 min (Mitte) und 5:16 min (rechts) gefertigt wurden Bild: IKV

Thema der Arbeit:
Ein Ziel bei der Optimierung von 3D-Druckern ist die Erhöhung der Druckgeschwindigkeit, um Bauteile noch schneller und kostengünstiger herstellen zu können. Nicht zuletzt durch den Ausruf von Druckgeschwindigkeitswettbewerben, wie dem #SpeedBoatRace, hat sich die Aufschmelzleistung vom Hotend an

FDM-Druckern als der limitierende Faktor bei der Steigerung der Druckleistung herausgestellt. Die sehr niedrigen Wärmeleitfähigkeiten der eingesetzten Kunststoffe sowie die geringen Verweilzeiten des Kunststoffs im Hotend führen bei hohen Druckgeschwindigkeiten zu Fehlern in der Extrusion.

Zur Erhöhung des Wärmeeintrags von der Düse in das Filament werden heutzutage komplexe Geometrien im Fließkanal verwendet. Diese erhöhen die Kontaktfläche der Kunststoffschmelze mit der Fläche vom Hotend. Aufgrund dünner Wandstärken und hohen Lasten ist hier die Festigkeit der Strukturen in der Düse nicht zwangsläufig gewährleistet. Hierdurch wird die Weiterentwicklung dieser Technologie erschwert.

Die Arbeit wird in dieser Arbeitsgruppe verfasst:
Im Rahmen dieses Projekts wurden simulationsgestützt neue mögliche Düsengeometrien für einen beschleunigten Wärmeeintrag ausgelegt. In der Arbeitsgruppe Dimensionierung/CAE-Methoden werden die Ergebnisse aus Strömungssimulationen eingesetzt, um die wirkenden Lasten in der Druckdüse zu bestimmen.

Das könnten deine/eure Aufgaben sein:

Für eine Forschungslabor-Arbeit:

  • Übertragung der Lasten aus bestehenden Strömungssimulationen in die Struktursimulation
  • Aufbau einer Struktursimulation zum Nachweis der Festigkeit

 

Für eine Projektarbeit:

  • Übertragung der Lasten aus bestehenden Strömungssimulationen in die Struktursimulation für unterschiedliche Düsengeometrien
  • Aufbau einer Struktursimulation zum Nachweis der Festigkeit
  • Ableitung von Gestaltungsrichtlinien
 

Das sind deine/eure Benefits:

  • Selbstständige Arbeit bei intensiver Betreuung
  • Individuelle Abstimmung von Aufgabenstellung und Zeitrahmen
  • Abwechslungsreiche Mischung aus Recherche, experimenteller Arbeit und Analytik
  • Sofortiger Start möglich

Dein/euer Profil:

  • Naturwissenschaftlicher Studiengang we z.B. Masch.Bau, CES, Materialwissenschaften und vieles mehr
  • Motivierte, sorgfältige und selbstständige Arbeitsweise
  • Interesse an additiver Fertigung; Vorkenntnisse sind von Vorteil, aber nicht erforderlich
  • Spaß daran, die Grenzen von 3D-Druckern auszubreiten

Falls du Interesse an einem Forschungslabor oder einer Projektarbeit am IKV und an dieser oder einer ähnlichen Aufgabenstellung hast, melde dich bei mir. Den genauen inhaltlichen Umfang und den Zeitplan stimmen wir individuell miteinander ab.

Dein/euer Ansprechpartner:
Martin Giersberg, M.Sc.
Telefon: 0241 / 80 27271
E-Mail: martin.giersberg@ikv.rwth-aachen.de