Untersuchung des Orientierungsverhaltens flüssigkristalliner Polymere beim Strangablegeverfahren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Bonten
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 503938087

Die additive Fertigung (auch 3D-Druck genannt) erlaubt mit verschiedenen Werkstoffarten die Her-stellung von Bauteilen ohne Formgebungswerkzeug, wobei die Bauteile Schicht für Schicht basierend auf einem dreidimensionalen Computermodell gefertigt werden. Im Bereich der Kunststoffverarbeitung ist das Strangablegeverfahren das mit Abstand am häufigsten eingesetzte additive Fertigungsverfahren. Die Forschungsarbeiten im polymerbasierten Strangablegeverfahren beschäftigen sich bisher nahezu ausschließlich mit dem Einsatz konventioneller Polymere mit flexibler Makromolekülkette. Für hochfeste Bauteile werden hierbei insbesondere Hochleistungsthermoplaste wie Polyetheretherketone oder Polyetherimide eingesetzt, wobei sich bei diesen Polymeren durch die Verarbeitung eingebrachte Orientierungen nach dem Düsenaustritt zum Teil wieder zurückstellen. Im Gegensatz dazu weisen bestimmte flüssigkristalline Polymere (LCP) aufgrund ihrer speziellen Molekülstruktur selbst im Ruhezustand eine gewisse Vorzugsorientierung auf. Innerhalb dieses Forschungsvorhabens soll das Orientierungsverhalten von LCP-Molekülen im Strangablageverfahren zunächst grundlegend experimentell und simulativ erforscht werden, um anschließend darauf basierend in gedruckten Prüfkörpern gezielt hoch anisotrope mechanische Eigenschaften zu generieren. Dabei soll experimentell untersucht werden, wie sowohl die Bahnplanung als auch die Prozessparameter (z. B. Drucktemperatur und Filamentgeschwindigkeit) während des Strangablege-verfahrens die Molekülorientierungen und somit die späteren Prüfkörpereigenschaften beeinflussen. Außerdem soll die numerische Strömungssimulation genutzt werden, um sowohl das Aufschmelz- als auch das Abkühlverhalten im Strangablegeverfahren simulativ abzubilden.Diese Untersuchungen bilden dadurch die wissenschaftliche Basis, um vorab Bahnplanungsstrategien und Prozessparameter im Strangablegeverfahren so zu optimieren, dass möglichst hochfeste Struktur-bauteile hergestellt werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen