Probabilistische Modellierung und mechanische Charakterisierung von PLA-Filamenten im FDM-basierten 3D-Druck

Subtraktive Fertigung umfasst das Abtragen von Material, bis die erforderliche Form erreicht ist; im Gegensatz dazu beinhaltet die additive Fertigung den direkten Aufbau von Objekten aus einem CAD-Modell durch Schichtung von Materialien. Eine beliebte Methode des dreidimensionalen Drucks, die geschmolzenes Material verwendet, um aufeinanderfolgende Schichten zu erzeugen, ist das Fused Deposition Modeling (FDM). Wir testeten die extrudierten Stränge, die grundlegenden Bauteile, da dies den zeitaufwändigen und kostspieligen Prozess der Materialcharakterisierung von 3D-gedruckten Strukturen zur Erfassung von Eigenschaften wie Steifigkeit und Festigkeit vereinfachen könnte. Zu diesem Zweck wurden einzelne Stränge hinsichtlich des axialen Zugmoduls, der ultimativen Festigkeit und der Bruchdehnung von PLA-Material mit unterschiedlichen Messlängen getestet sowie zahlreiche extrudierte Filamente mit oder ohne Überlappung untersucht. Dies erfolgte unter Verwendung der 2-Parameter-Weibull-Verteilung in einem probabilistischen Festigkeitsvorhersagemodell, um die Wahrscheinlichkeit eines Materialversagens des extrudierten Strangs bei einer bestimmten Belastung zu bestimmen.