Strukturoptimierung von Düsen für die Beschleunigung von Additiver Fertigung

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

Temperaturprofil in einer konventionellen Druckdüse | Bild: IKV

Thema der Arbeit:
Die maximale Druckgeschwindigkeit, und somit die wirtschaftliche Ertragsfähigkeit von kommerziellen FDM 3D-Druckern ist heutzutage nicht mehr durch maximale Verfahrgeschwindigkeiten limitiert. Vielmehr stellt die Aufschmelzleistung vom Hotend eine Grenze dar. Neuartige Geometrien des Fließkanals in der Druckdüse ermöglichen einen signifikant höheren Wärmeeintrag in die Kunststoffschmelze. Diese sind allerdings aufgrund ihrer Mikrostruktur besonders anfällig für Strukturversagen. 

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.

Zielsetzung:
Das Ziel deiner Arbeit besteht darin, mithilfe einer Simulationskette aus Strömungs- und Struktursimulation komplexe Geometrien in der Düse für maximalen Wärmeeintrag und kritische Lastfälle auszulegen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen leitest du Designrichtlinien zur Auslegung dieser Düsen ab.  

Für eine Bachelorarbeit bearbeitest du folgende Aufgabenstellungen:

  • Bestimmung der kritischen Lasten
  • Aufbau einer Struktursimulation zum Nachweis der Festigkeit
  • Simulationsgestützte Optimierung der Geometrie und Ableitung von Gestaltungsrichtlinien

 

Für eine Masterarbeit bearbeitest du folgende Aufgabenstellungen:

  • Bestimmung der kritischen Lasten
  • Aufbau einer Struktursimulation zum Nachweis der Festigkeit
  • Simulationsgestützte Optimierung der Geometrie und Ableitung von Gestaltungsrichtlinien
  • Nachweis der Festigkeit an einem realen Bauteil
  • Bestimmung der realen Aufschmelzleistung der optimierten Düse
 

Dein Profil:

  • Naturwissenschaftlicher Studiengang wie z:b. Masch.Bau, CES, Materialwissenschaften usw.
  • Motivierte, sorgfältige und selbstständige Arbeitsweise
  • Interesse an additiver Fertigung; Vorkenntnisse sind von Vorteil, aber nicht erforderlich
  • Vorkenntnisse in Struktursimulation sind von Vorteil
  • Spaß daran, die Grenzen von 3D-Druckern auszubreiten

Falls du Interesse an einer Abschlussarbeit 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 Ansprechpartner:
Martin Giersberg Sola, M.Sc.
Telefon: +49 241 / 80 27271
E-Mail: martin.giersberg@ikv.rwth-aachen.de