@article{ViewegerDielSchweigeretal.2024, author = {Vieweger, Daniel and Diel, Sergej and Schweiger, Hans-Georg and Tetzlaff, Ulrich}, title = {Mechanical Properties of Raw Filaments and Printed Specimens: Effects of Fiber Reinforcements and Process Parameters}, volume = {16}, pages = {1576}, journal = {Polymers}, number = {11}, publisher = {MDPI}, address = {Basel}, issn = {2073-4360}, doi = {https://doi.org/10.3390/polym16111576}, year = {2024}, abstract = {Fused Deposition Modeling (FDM) is a well-established manufacturing method for producing both prototype and functional components. This study investigates the mechanical properties of FDM components by material and process-related influencing variables. Tensile tests were conducted on seven different materials in their raw filament form, two of which were fiber-reinforced, to analyze their material-related influence. To cover a wide range from standard to advanced materials relevant for load-carrying components as well as their respective variations, polylactic acid (PLA), 30\% wood-fiber-reinforced PLA, acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polycarbonate (PC), a blend of ABS and PC, Nylon, and 30\% glass-fiber-reinforced Nylon were selected. The process-related influencing variables were studied using the following process parameters: layer thickness, nozzle diameter, build orientation, nozzle temperature, infill density and pattern, and raster angle. The first test series revealed that the addition of wood fibers significantly worsened the mechanical behavior of PLA due to the lack of fiber bonding to the matrix and significant pore formation. The polymer blend of ABS and PC only showed improvements in stiffness. Significant strength and stiffness improvements were found by embedding glass fibers in Nylon, despite partially poor fiber-matrix bonding. The materials with the best properties were selected for the process parameter analysis. When examining the impact of layer thickness on part strength, a clear correlation was evident. Smaller layer thicknesses resulted in higher strength, while stiffness did not appear to be affected. Conversely, larger nozzle diameters and lower nozzle temperatures only positively impacted stiffness, with little effect on strength. The part orientation did alter the fracture behavior of the test specimens. Although an on-edge orientation resulted in higher stiffness, it failed at lower stresses. Higher infill densities and infill patterns aligned with the load direction led to the best mechanical results. The raster angle had a significant impact on the behavior of the printed bodies. An alternating raster angle resulted in lower strengths and stiffness compared to a unidirectional raster angle. However, it also caused significant stretching due to the rotation of the beads.}, language = {en} } @thesis{Vieweger2022, author = {Vieweger, Daniel}, title = {Untersuchung der Eigenschaften von additiv gefertigten Bauteilen f{\"u}r die Herstellung von Batteriegeh{\"a}usen von Elektrofahrzeugen}, publisher = {Technische Hochschule Ingolstadt}, address = {Ingolstadt}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:573-33735}, pages = {90, XX}, school = {Technische Hochschule Ingolstadt}, year = {2022}, abstract = {Durch das enorme Wachstum des Bedarfs an Elektromobilit{\"a}t in Deutschland, aufgrund von politischen Vorgaben und dem kulturellen Wandel der Gesellschaft, werden auch immer mehr und schwierigere Anforderungen an Elektrofahrzeuge gestellt. Als eine Kernkomponente des Fahrzeugs und aufgrund der Sensibilit{\"a}t gegen{\"u}ber Fehlbehandlungen muss hierbei die Antriebsbatterie und vor allem dessen Schutzeinheit, das Batteriegeh{\"a}use, untersucht werden. Im Mittelpunkt bei der Betrachtung des Batteriegeh{\"a}uses steht die Brandgefahr der Batterie. Weitere Aspekte wie die Kosten, Nachhaltigkeit und Leichtbau m{\"u}ssen ebenso f{\"u}r eine weitere Popularisierung der Elektrofahrzeuge miteinbezogen werden. Eine vielversprechende M{\"o}glichkeit die Anforderungen eines Batteriegeh{\"a}uses zu erf{\"u}llen, bieten die Vorteile der additive Fertigung in Kombination mit der Verbundwerkstofftechnik. Die materiellen Eigenschaften sowie die verschiedenen Prozessparameter in der additiven Fertigung haben einen großen Einfluss auf das Verhalten der Bauteile. Folglich ist das Ziel dieser Arbeit eine erste Untersuchung der Eigenschaften von additiv gefertigten Bauteilen f{\"u}r die Herstellung von Batteriegeh{\"a}usen in Elektrofahrzeugen. Aufgrund der Fokussierung auf die Batteriebrandgefahr wurden haupts{\"a}chlich die mechanischen und brandtechnischen Eigenschaften von acht verschiedenen Materialien durch Zug- und Brandversuche untersucht und teilweise durch weitere technische sowie wirtschaftliche Aspekte erg{\"a}nzt. Zur ersten Beurteilung und zum Vergleich der mechanischen Eigenschaften wurden Zugversuche an allen acht Materialien in Filamentform durchgef{\"u}hrt. Als Verst{\"a}rkungskomponenten wurden Holz, Glas- und Kohlenstofffasern ausgew{\"a}hlt. Die Versuchsergebnisse ergaben mechanische Verbesserungen durch die Glas- und Kohlenstofffaserverst{\"a}rkungen und Verschlechterungen durch den Einsatz von Holz. Eine Kostensteigerung wurde durch alle Verst{\"a}rkungskomponenten verursacht. F{\"u}r die Untersuchung der Parameter erfolgte eine Versuchsreihe mit additiv gefertigten Pr{\"u}fk{\"o}rpern. Durch die gezielte Einstellung der Prozessparameter Schichtdicke, Rasterwinkel, F{\"u}llmuster, F{\"u}lldichte und Bauteilorientierungen konnten verbesserte bzw. ver{\"a}nderte Eigenschaften erreicht werden. Die D{\"u}sentemperatur und der D{\"u}sendurchmesser hatten einen geringen Einfluss auf das mechanische Verhalten. F{\"u}r eine vollst{\"a}ndige Betrachtung mussten jedoch auch weitere Aspekte wie Fertigungsdauer und Gewicht bei der Bewertung miteinbezogen werden. Anhand der Brandpr{\"u}fung entsprechend der Vorschrift UL 94-V zeigte sich, dass durch Holzverst{\"a}rkungen schlechte Ergebnisse erzielt werden, w{\"a}hrend sich der Einsatz von Kohlenstofffasern deutlich positiv auswirkte. Die Glasfasern verschlechterten ebenfalls das Brandverhalten. Bei dem Einsatz von Flammschutzmittel muss immer das Brandverhalten des Materials betrachtet werden, da es ansonsten einen negativen Effekt haben kann. Die Ver{\"a}nderungen der Parameter Orientierung, F{\"u}lldichte, F{\"u}llmuster und Rasterwinkel beeinflussten das Brandverhalten merklich, w{\"a}hrend der D{\"u}sendurchmesser kaum einen Einfluss hatte. Der Einfluss unterschiedlicher Schichtdicken konnte noch nicht abschließend gekl{\"a}rt werden.}, language = {de} }