Ordnen Sie die Abbildungen den jeweiligen Kunsstofftypen zu und beschreiben Sie deren Eigenschaften.
Gegeben sind die 𝑝𝑣𝑇-Diagramme zweier thermoplastischer Kunststoffe. Ordnen Sie die Verläufe einem teilkristallinen oder amorphen Thermoplast zu und begründen Sie Ihre Entscheidung.
(Chatgpt)
Amorpher Thermoplast (oberes Diagramm): Das kontinuierliche Volumenverhalten ohne plötzlichen Übergang ist typisch für Materialien wie Polystyrol (PS) oder Polycarbonat (PC), die keine geordneten Kristallstrukturen bilden.
Teilkristalliner Thermoplast (unteres Diagramm): Der sprunghafte Anstieg des spezifischen Volumens deutet auf das Schmelzen der kristallinen Bereiche hin, was für Materialien wie Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) typisch ist.
Was ist ein wesentlicher Unterschied, hinsichtlich der Prozessführung, zwischen dem Elastomer- bzw. Duroplast-Spritzgießen und dem ThermoplastSpritzgießen?
Beim Thermoplast-Spritzgießen
Wärmezufuhr->Schmelzezustand-> Schmelze kann in Kavität geleitet werden
Beim Duroplast- bzw. Elastomer-Spritzgießen:
Temperatur der Verteilerkanäle muss so gesteuert werden, dass das Vernetzwn des Materials verhindert wird
“Richtige” Wärmezufuhr erst wenn das Material in der Kavität ist -> dies initiiert den Vernetzungsvorgang
Gegeben sind die Aufheizkurven, welche mittels DSC bestimmt wurden, für einen amorphen und einen teilkristallinen Thermoplast. Wie hoch würden Sie die Verarbeitungstemperatur für das Spritzgießen mindestens wählen? Begründen Sie Ihre Antwort.
Weiß ich nicht?!
Bennen Sie das Spritzgießwerkzeug und beschreiben Sie den Entformungsvorgang.
B = Schieberwerkzeug
C = Backenwerkzeug
Rest weiß ich nicht!
Die Dargestellten LEGO-Bauteile sollen mittels spritzgießen.
A - Normalwerkzeug
B - Normalwerkzeug
C - Abstreifwerkzeug, Normalwerkzeug
Welche sind die wesentlichen Auslegungspunkte, die es bei der Auslegung von Spritzgießwerkzeugen zu beachten gilt. Begründen Sie Ihre Antwort.
Mechanische Auslegung
Rheologische Auslegung
Thermische Auslegung
Skizzieren Sie mögliche Anordnungen von Formnestern sowie die dazugehörigen Vor- und Nachteile. Wie sind Formnester i.Allg. zum zentralen Angusskegel anzuordnen?
Ergänzen Sie die fehlenden Elemente des Angusssystems. Um welche Angussart handelt es sich?
Was sind die Hauptfunktionen des Angusssystems?
Warum benötigt der Anguss eine konische Form?
Erleichtert die Entformung
Reduziert Druckverluste während des Füllvorgangs -> gleichmäßiger und kontrollierter Einspritzvorgang
Was ist das Problem mit dem dargestellten Angussbuchsenkontakt?
Was versteht man unter dem Begriff der Viskosität?
Maß für die Zähigkeit eines Fluids -> kann als Fließwiderstand interpretiert werden
Je niedriger die Viskosität desto dünnflüssiger ist ein Fluid -> Fließt somit “einfacher”
Die Viskosität einer Flüssigkeit oder einer Polymerschmelze kann z.B. mit Rheometern (Kapillar- oder Rotationsrheometern) bestimmt werden
Ordnen Sie die Viskositätskurven ihrem jeweiligen Fließverhalten zu (newtonsch, dilatant, strukturviskos).
Welches Fließverhalten repräsentiert das Fließverhalten von Polymerschmelzen? Worin ist dieses Verhalten begründet?
Polymerschmelzen sind Strukturviskos
Polymere bestehen aus langen, kettenförmigen Molekülen, die in der Schmelze stark ineinander verknäuelt und verwoben sind. Bei niedriger Scherrate sind diese Ketten stark verknäuelt, was zu einer hohen Viskosität führt. Wenn die Scherrate steigt, beginnen sich die Polymerketten in Fließrichtung auszurichten und teilweise zu entwirren. Dieser Prozess reduziert die molekulare Wechselwirkung zwischen den Ketten, was die Viskosität verringert.
Welche Einflussgrößen können die Viskosität beeinflussen?
Welche Annahmen liegen der thermischen Werkzeugauslegung zugrunde?
Eindimensionaler Wärmeaustausch
Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität sind konstant
Konstante Masse- und Werkzeugtemperatur
Keine Berücksichtigung von Fließvorgänge und somit potenzieller Schererwärmung
Welche drei Größen beeinflussen die Entformungskräfte bei der Entformung eines hülsen- oder kastenförmigen Spritzlings?
F = y *p *A
y = Reibungsbeiwert
p = Flächenpressung zwischen Formteil und Kern
A = Kernmantelfläche
Welche Gefahren kann ein verformtes Werkzeug mit sich bringen?
Maßabweichung
Schwimmhäute und Grat
Entformungs- und Öffnungsprobleme
Was genau ist ein Extruder?
Kontinuierlich arbeitende Fördermaschine
SChmilzt unter Einfluss von Wärme und Druck Kunststoffgranulat auf
Presst die Schmelze durch formgebundenes Werkzeug
Was sind typische Extrusionsprodukte?
Schlauchfolien
Flachfolien
Tafeln/ Platten
Rohre
Profile
Fasern
Ummantelungen
Granulat
Gegeben sind die folgenden Schnecken. Welche Gangzahlen haben die Schnecken und woran erkennen Sie diese?
links - Gangzahl 1
rechts - Gangzahl 2
Während der Extrusion beobachten Sie das Phänomen der Strangaufweitung. Welche Größen beeinflussen die Strangaufweitung während der Extrusion?
Düsengeometrie (Länge und Durchmesser)
Strömungsgeschwindigkeit
Abschätzung, ob elastische Effekte eine Rolle spielen, mit der Deborah-Zahl
Was muss aufgrund der Strangaufweitung berücksichtigt werden, wenn ein Rechteckprofil extrudiert werden soll?
Strangaufweitung in der Mitte der Seitenflächen am größten
Modifizierung der Düsengeometrie
Was ist unter dem „Memory-Effekt“ zu verstehen?
Der Memory-Effekt bei der Extrusion von Kunststoffen beschreibt das Phänomen, dass Polymermaterialien nach der Verarbeitung dazu neigen, teilweise in ihre ursprüngliche Form oder Struktur zurückzukehren, wenn sie erwärmt oder belastet werden. Dies geschieht aufgrund der während der Extrusion entstandenen inneren Spannungen und orientierten Polymerketten. Dieser Effekt kann zu unerwünschten Verformungen oder Maßänderungen führen und wird durch sorgfältige Prozesskontrolle oder nachträgliches Tempern reduziert.
Wie würden extrudierte Rohre bezüglich ihrer Dimension qualitativ, vor und nach der Lagerung, aussehen?
Das Bauteil würde Schrumpfen.
Welche Lösungsvorschläge haben Sie, um den „Memory-Effekt“ zu reduzieren?
Abkühlraten nach der Extrusion verlangsamen
Werkzeug modifizieren z.B. Bügelzone verlängern
Anpassung der Schneckendrehzahl und Liniengeschwindigkeit (Tendenziell langsamer einstellen
Während der Extrusion eines Materials tritt der „Shark skin“-Effekt, wie in Abbildung 4 zu sehen ist, auf. Nennen Sie mögliche Gründe und Lösungsvorschläge, um diesen Effekt künftig zu reduzieren.
Werkzeug: Werkzeugtemperatur zu niedrig, Werkzeug zu lang, Schmelzkanäle im Werkzeug zu eng
Kunststoff: Zu hohe Schmelzelastizität oder zu enge Molmassenverteilung
Betrieb: Zu hohe Extrusionsgeschwindigkeit. Zu hoher Gegendruck. Wechsle Siebe. Erhöhte Schmelztemperatur durch Erhöhung der Temperatur der Heizbänder.
Wie ist die additive Fertigung (Additive Manufacturing, AM) definiert?
Unter additiv werden alle Herstellverfahren zusammengefasst , bei denen der Werkstoff zur Erzeugung eines Bauteils schichtweise hinzugefügt. Das steht im Gegensatz zu den klassischen subtraktiven Fertigungsverfahren wie Fräsen, Bohren und Drehen, bei denen Material abgetragen wird, um das endgültige Bauteil zu erzeugen.
Das Schichtbauprinzip ermöglicht es, geometrisch komplexe Strukturen herzustellen, ie mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht oder nur aufwendig realisiert werden können.
Was ist der so genannte Treppenstufeneffekt und wodurch wird dieser maßgeblich beeinflusst?
Schichtdicke beeinflusst maßgeblich den Treppenstufeneffekt
Worin liegt der Unterschied zwischen einem einstufigen und einem mehrstufigen AM-Prozess?
Einstufiger AM-Prozess
Verschmelzen ähnlicher Materialien
Einsatzbereites Bauteil
Mehrstufiger AM-Prozess
Adhäsion unähnlicher Materialien
Sekundärer Prozess wie z. B. Sintern / Infiltrieren
Nennen Sie fünf Kennzeichen additiver Fertigungsverfahren im Allgemeinen.
Generierung der Schichtdaten erfolgt aus CAD-Datei
Kein Einsatz von produktspezifischen Werkzeugen nötig -> werkzeuglose Fertigung
Erzeugung der mechanisch-technologisch en Eigenschaften der Bauteile geschieht wärend des Bauprozesses
Datensätze/ Bauteile können prinzipiell in jeder beliebigen Orientierung gebaut werden -> Entfall einer Einspannproblematik
Alle am MArkt befindlichen Maschinen können mit dem gleichen STL-Dateiformat nangestuert werden
Nach DIN ISO/ASTM 52900 und VDI 3405 lässt sich die additive Fertigung in sieben Prozesskategorien einteilen. Benennen Sie die sieben Prozesskategorien und grenzen Sie diese im Hinblick auf die Ausgangsform des Materials und die Reaktionsverbindung voneinander ab.
Direct Energy Deposition
Material Extrusion
Sheet Lamination
Binder Jetting
Material Jetting
Vat-Photopolimerization
Powder Bed Fusion
Additiv gefertigte Bauteile weisen üblicherweise anisotropes Verhalten auf. Ein Zugstab der in XYZ Orientierung gefertigt wurde, wird höhere Werte hinsichtlich des E-Moduls, der Zugfestigkeit und der Bruchdehnung erreichen als ein Zugstab mit ZYX Orientierung (vgl. Abbildung 1). Worin liegt die Begründung für dieses Verhalten und welche Konsequenzen könnten sich daraus ergeben?
Höhere Schichtanzahl bei ZYX - > mehr Grenzflächen
Wenn Polymerketten nicht ausreichend zwischen den Schichten diffundieren -> schwächerer Verbund
Konsequenz
Bauteilemöglichst so plazieren, dass in Belastungsrichtung hohe mechanische Eigenschaften erzielt werden.
Skizzieren und beschreiben Sie die Prozesse des Fused Layer Modeling (FLM/MEX-TRB/P) und der Stereolithographie (VPP-UVL/P) und nennen Sie drei Unterschiede zwischen den Verfahren
siehe Fotos
Warum werden sowohl beim Fused Layer Modeling als auch bei der Stereolithographie Stützkonstruktionen benötigt? Welchen Einfluss haben Stützkonstruktionen auf den Fertigungsprozess und die Bauteilqualität?
Ansonsten würden Bereiche “in der Luft” gefertigt werden und dies ist nicht möglich.
Einfluss
Verlängern der Bauzeit
Erhöhen den Materialverbrauch
Müssen nachträglich entfernt werden
Hinterlassen Makierungen auf der Bauteiloberfläche
Warum ist es vorteilhaft die FLM-Anlage vorzuheizen?
Verhinderng der potenziellen Schichtablösung
Reduzierung des Verzugs
Warum sollten beim Ablegen des Strangs ein ovaler Schmelzquerschnitt erreicht werden?
Damit ein ausreichender Verbund zwischen den einzelnen Strängen erzieltwerden kann
Bewerten Sie die drei dargestellten Infill-Strategien hinsichtlich ihrer Stabilität, ihrer Bauzeit, ihres Gewichts und ihres Verzuges.
Stabilität , Bauzeit, Gewicht
+++
++
+
Skizzieren und beschreiben Sie den Verfahrensablauf beim Lasersintern (PBFLB/P).
Im Kreis anordnen
Belichtung
Absenken der Bauplattform
Beschichtung
Ordnen Sie der aufgeführten Skizze die richtigen Bezeichnungen zu.
Warum werden beim Lasersintern keine Stützkonstruktionen benötigt?
Bauteil wird im Pulverbett gefertigt -> umliegendes Pulver stützt das Bauteil ausreichend
Eine Grundvoraussetzung für einen erfolgreichen Bauprozess im Lasersintern ist die so genannte Beschichtung, d.h. das Applizieren einer Pulverschicht mit definierter Schichtdicke. Warum haben etwaige Beschichtungsfehler einen Einfluss auf den Bauprozess und die späteren Bauteileigenschaften?
Beschichtungsfehler können sich insgesamt über den gesamten Bauprozess ziehen und zum Absturz des Bauprozesses führen
Ungleichmäßiger Pulver wie z. B. Fehlstellen führen zu eungleichmäßigen Energieeintrag in das Pulver beeinflussen die mechanischen Eigenschaften der Bauteile
Sie beobachten die folgenden Fehlerbilder während/nach dem Lasersintern. Was sind mögliche Ursachen für die einzelnen Fehlerbilder?
Bauraumtemperatur zu gering
Zu wenig Pulver im Pulvervorratsbehälter
Zu geringer Energieeintrag
Gegeben sind die schematisch dargestellten DSC-Messungen. Skizzieren Sie das Sinterfenster und beschreiben Sie, was dieses aussagt. Entscheiden Sie anschließend anhand der Kurvenverläufe, welche Materialien gut und welche weniger gut für das Lasersintern geeignet sind.
Sinterfenster:
Temperaturbereich zwischen Beginn des Aufschmelzens und inder Rekristallisation
-> In diesem Temperaturbereich wird die Bautemperatur gewählt
Je breiter desto besser
Gegeben sind die schematisch dargestellten Viskositätskurven für drei Kunststoffe. Gehen Sie davon aus, dass alle Kunststoffe bei der gleichen Temperatur gemessen wurden. Entscheiden Sie anhand der Kurvenverläufe, welches Material am ehesten geeignet ist, um ein gutes Aufschmelzergebnis während des Lasersinterns zu erzielen.
Skizzieren Sie für die dargestellten Kontrollvolumina schematisch eine mono-, bi- und trimodale Partikelgrößenverteilung. Welchen Vorteil hätte eine bimodale Verteilung gegenüber einer monomodalen Verteilung im Hinblick auf das Ergebnis beim Lasersintern bzw. auf die applizierten Pulverschichten?
Die drei dargestellten Pulver stehen Ihnen für den Lasersinterprozess zur Verfügung. Entscheiden Sie anhand der rasterelektronenmikroskopischen (REM)-Aufnahmen, welches Pulver die homogensten und dichtesten Pulverschichten realisieren wird.
Die optischen Eigenschaften eines Kunststoffes beeinflussen maßgeblich das Aufschmelzergebnis während des Lasersinterns. Vervollständigen Sie die Skizze und erklären Sie, welche optischen Größen maßgeblich zum Aufschmelzergebnis beitragen.
Reflexion
Absorption
Transmisssion
Absorption des Kunststoffes sollte ausreichend hoch sein, um oberste Schicht aufzuschmelzen
Transmission essenziell, um darunterliegende Schicht noch einmal aufzuschmelzen
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