Ein numerischer Rahmen zur Verbesserung des Designs von Formgedächtnispolymeren durch 4D-Druck mit Fused Deposition Modeling

• Antragsteller: Dr.-Ing. Felipe González
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566317635

Das Hauptziel dieses Projektes ist, den Herstellungsprozesses von Formgedächtnispolymeren (SMP) durch 4D-Druck mit Fused Deposition Modeling zu verbessern. Durch numerische Modellierung wollen wir eine detaillierte Analyse des thermoviskoelastischen Verhaltens der Polymerschmelze während des Druckprozesses erstellen. Dies soll unser Verständnis der Bildung elastischer Spannungen verbessern, die für den Mechanismus der Formmorphose in SMP entscheidend sind. Zwei wichtige Aspekte des Projektes umfassen die Modellierung der Polymerschmelze als thermoviskoelastische Strömung und die Entwicklung eines Frameworks für mehrsträngigen Druck, um zwei kritische Komponenten des Druckprozesses zu verbessern: die Düsenform und die Druckstrategien. Die derzeitigen Düsenformen basieren auf dem Standard-3D-Druck und berücksichtigen nicht die Komplexität der Herstellung von SMP. Daher werden wir ein Werkzeug zur Formoptimierung entwickeln, das speziell auf die Herstellung effizienter Düsen für die Herstellung von SMPs ausgelegt wird. Darüber hinaus wird das Framework für mehrsträngigen Druck verwendet, um die Auswirkungen verschiedener Druckbedingungen auf die Bildung elastischer Spannungen zu untersuchen. Wir werden verschiedene Stapelkonfigurationen im Hinblick auf die in der gedruckten Struktur erzeugten Spannungen und Qualitätsfaktoren, wie Porosität und Interfilamenthaftung, untersuchen. Dieses Projekt ist auf 24 Monate ausgelegt. Das Ergebnis soll ein validiertes, effizientes und quelloffenes numerisches Werkzeug zur Vorhersage der beim Drucken erzeugten elastischen Spannungen sein. Dieses Tool wird Forscher:innen und Ingenieur:innen bei der Entwicklung von 4D-gedruckten Objekten mit individuellen Formveränderungsfähigkeiten helfen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen