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Optimierung von FLM-Bauteilen durch chemische Nachbearbeitung sowie deren Einsatz in der Galvanik

Baier, Oliver

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit dem Fused Layer Modeling (FLM), einem der additiven Fertigungsverfahren. Kennzeichnend für diese Fertigungsverfahren ist das schichtweise Erzeugen von Bauteilen. Verfahrensbedingt kommt es dabei zu einem sogenannten Treppenstufeneffekt sowie zu anisotropen Bauteileigenschaften. Im Rahmen der Arbeit konnten Erkenntnisse über eine Methode der Nachbearbeitung von FLM-Bauteilen gewonnen werden, die den derzeitigen Kenntnisstand erweitern und neue Einsatzgebiete für die Technologie eröffnen. Die Bauteile werden zur Optimierung mit Chemikalien behandelt. Nach der Auswahl geeigneter Mittel erfolgt neben der Betrachtung der Oberflächenrauheit eine Auswertung entstehender Farbeinflüsse. Weitere Faktoren der Qualitätsbetrachtung sind die Form- und Maßhaltigkeit. Am Beispiel von Objektkanten und Außenmaßen werden diese beurteilt. Bei den mechanischen Eigenschaften liegt der Fokus auf den Zugeigenschaften. Zudem werden ebenfalls die Shore D Härte, die Dichte und die Gasdichtheit betrachtet, die ebenfalls durch die Nachbehandlung variieren. Nach der Auswertung und Interpretation der erarbeiteten Ergebnisse folgt ein direkter Transfer zur Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten des FLM. Die optimierten Bauteile werden unter Nutzung der Unbeständigkeit des Materials gegenüber einigen Chemikalien als Urmodelle für die Galvanoformung eingesetzt. Auch hier werden Prozesseinflüsse untersucht und interpretiert. Des Weiteren erfolgt der Einsatz optimierter FLM-Bauteile als Blendenkonstruktion in der Galvanik. Auf Basis von Simulationen werden unterschiedliche Geometrien untersucht, um Einflüsse auf homogene Abscheidungen zu überprüfen und letztlich im Versuch zu bestätigen. Am Beispiel der Herstellung von Brennstoffzellenkomponenten erfolgt abschließend der Einsatz der beschriebenen Blenden.

The thesis deals with Fused Layer Modeling (FLM), an additive manufacturing technology. Characteristic for this manufacturing method is the layer-wise generating of parts. Process-related, this results in a so-called stair-effect as well as in anisotropic part properties. One part of the thesis is obtaining insights on a type of post-processing of FLM-parts which extend the current state of knowledge and open up new fields of application for the technology. The approach is to treat the parts with chemicals for optimization. After the selection of appropriate substances, the impact on surface roughness and color is analyzed. An additional element of the quality assessment is the shape and dimensional stability. Using object edges and external dimensions, these effects are evaluated. For mechanical properties, the focus is on the tensile properties. In addition, also the Shore D hardness, density and gas leaks are considered which also vary by the treatment. After the evaluation and interpretation of achieved results, a direct transfer is followed for the expansion of the possible applications of FLM. The optimized parts are used in combination with the chemical instability of the material to some chemicals as master pattern for electro-forming. Again, the process influences are examined and interpreted. Furthermore the use of optimized components as FLM panels for electroplating is carried out. Based on simulations, different geometries are tested to verify influences on homogeneous deposition of material in electroplating process. Finally, the described panels are used for the production of fuel cell components.

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Baier, Oliver: Optimierung von FLM-Bauteilen durch chemische Nachbearbeitung sowie deren Einsatz in der Galvanik. 2016.

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