Mechanisches Langzeitverhalten additiv gefertigter Kunststoffbauteile

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Additive Fertigungsverfahren werden zunehmend zur Herstellung von Kunststoffprodukten genutzt. Vor dem Hintergrund, dass die Produkte ihre Funktion während der gesamten Gebrauchsdauer von i. d. R. mehreren Jahren sicher erfüllen müssen, ist die Kenntnis des mechanischen Langzeitverhaltens unabdingbar. Dieses Grundlagenwissen wurde systematisch für das Lasersinterverfahren (an Polyamid 12) und Strangablegeverfahren (an Acrylnitril-Butadien-Styrol) erarbeitet. Hierzu wurde das Langzeitverhalten unter statischer und dynamisch-zyklischer Zugbeanspruchung in Relation zum Kurzzeitzugverhalten additiv sowie konventionell (Spritzguss / Pressen) aus identischen Werkstoffen gefertigter Teile bei 23 °C untersucht. Die zur Bauteildimensionierung benötigten Festigkeitswerte ebenso wie das Bruchverhalten unterscheiden sich für die betrachteten Fertigungsverfahren und sind bei additiver Fertigung baurichtungsbedingt anisotrop. Durch eine Normierung der Langzeit- auf die jeweilige Kurzzeitzugfestigkeit konnte gezeigt werden, dass die zeitliche Abnahme der Maximalfestigkeiten bei langzeitiger mechanischer Beanspruchung vom Material und nicht vom Fertigungsverfahren dominiert wird. Damit erscheint eine Festigkeitsauslegung analog zu konventionell gefertigten Teilen durch die Verwendung von Abminderungsfaktoren möglich. Die Resultate wurden an industriell gefertigten Teilen validiert. Die erzielten Forschungsergebnisse können zur konstruktiven Auslegung additiv gefertigter Kunststoffbauteile und damit Produktoptimierung sowie Neuentwicklungen genutzt werden. Zudem können die ermittelten Kennwerte und erarbeiteten Vorgehensweisen zur Qualitätsbestimmung additiv gefertigter Kunststoffteile, Materialien und Maschinen verwendet werden.