http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/api.php?action=feedcontributions&feedformat=atom&user=Maximilian+Wimmer 2026-05-02T09:50:06Z Benutzerbeiträge MediaWiki 1.39.2 http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Projektarbeit_Simon_Besl,_Matthias_Strohmeier,_Maximilian_Wimmer&diff=4644 2025-07-08T06:53:20Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer) */</p> <hr /> <div>&lt;htmltag tagname=&quot;img&quot; src=&quot;http://vg04.met.vgwort.de/na/01eb38e54a1640e4910af65aa621c0fc&quot; width=&quot;1&quot; height=&quot;1&quot; alt=&quot;&quot;&gt;&lt;/htmltag&gt;<br /> = Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =<br /> <br /> == Aufgabenanalyse ==<br /> <br /> ===Lasergravieren von Kunststofffolien Folien zur Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)===<br /> In diesem globalen Arbeitspaket wird die Bearbeitung von (PET-) Folien mittels Lasergravur sowie die anschließende Beschichtung von FDM-3D-Druckplatten mit diesen untersucht. Es werden verschiedene (PET-) Ausgangsfolien ausgewählt, die auf Druckplatten geklebt werden können. Diese dienen als Ausgangsmaterial. &lt;br&gt;<br /> <br /> Zunächst werden verschiedene Laserbearbeitungsverfahren in Verbindung mit PET-<br /> Folien recherchiert. Bei der Laserbearbeitung von Kunststofffolien sind häufig Parameter wie die Wellenlänge des Laserlichts, die Laserleistung oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit entscheidend für ein erfolgreiches Beschriftungsergebnis. Diese und möglicherweise weitere Parameter werden recherchiert, sortiert und anschließend getestet. Auch die Form und Komplexität der Gravur kann hierbei eine Rolle spielen und wird untersucht. &lt;br&gt;<br /> Zusätzlich stellt sich die Frage, wie lange eine solche Textur – beispielsweise eine Nummer oder ein Logo – über eine PET-Folie auf Bauteile aufgedruckt werden kann, bevor die Folie verschleißt. Das gesamte Vorgehen wird im ersten Schritt sorgfältig geplant und vorbereitet, da der Zugang zu einem Laserbeschrifter nicht jederzeit garantiert werden kann. Somit liegt der erste Fokus klar auf der Recherche, Planung und Vorbereitung der Versuche. Als zusätzliche Untersuchung kann das „GreenTec Pro“-Filament der Marke Extrudr auf direkte Lasergravur und -bearbeitung hin untersucht werden. Hierbei werden gedruckte Bauteile mit verschiedenen Laserparametern beschossen und anschließend ausgewertet.<br /> <br /> === Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern (Simon Besl) ===<br /> Im Rahmen dieses Arbeitspakets wird der Einfluss unterschiedlicher FDM-3D-Drucker auf die resultierende Oberflächenqualität von Druckteilen systematisch untersucht. Ziel ist es, Druckergebnisse hinsichtlich ihrer optischen und haptischen Qualität sowie geometrischen Maßhaltigkeit vergleichend zu analysieren.<br /> <br /> Dazu wird zunächst ein standardisiertes Testbauteil konstruiert, das gezielt typische Herausforderungen im FDM-Druck integriert – darunter Überhänge über 45°, filigrane Details sowie Flächen zur Bewertung von Textur und Layer-Bildung. Dieses Testobjekt dient als Referenzmodell für alle Druckversuche.<br /> <br /> Im Anschluss erfolgt der Druck des Testobjekts auf mehreren 3D-Druckern unterschiedlicher Hersteller unter möglichst einheitlichen Druckparametern. Zusätzlich wird der Einfluss verschiedener Slicer-Programme (z. B. Cura, PrusaSlicer, Orca) analysiert, indem identische Modelle mit jeweils softwaretypischen Standardprofilen gesliced und verglichen werden.<br /> <br /> Die gedruckten Bauteile werden in zwei Schritten ausgewertet:<br /> <br /> # '''Subjektive Analyse:''' In einem Blindtest beurteilen sowohl Laien als auch Projektteilnehmende die Oberflächenqualität der Druckteile hinsichtlich Gleichmäßigkeit, Schichtlinien und Haptik.<br /> # '''Objektive Analyse:''' Mittels Messmitteln (z. B. Bügelmessschraube) werden Maßhaltigkeit, Detailtreue sowie eventuelle Verzüge dokumentiert und gegenübergestellt.<br /> <br /> Als zusätzlicher Untersuchungsaspekt wird bei Bedarf der Einfluss unterschiedlicher Düsendicken auf die Oberflächenqualität und Druckgeschwindigkeit geprüft. Hierzu wird das Testobjekt mit unterschiedlichen Düsendicken gedruckt um zu prüfen, ob eine Steigerung der Druckgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Oberflächengüte möglich ist.<br /> <br /> ===Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer)===<br /> In diesem Arbeitspaket wird die mechanische Belastbarkeit von 3D-gedruckten Bauteilen einer Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die Eigenschaften unbehandelter Teile als auch ihr Verhalten unter Einflüssen wie Wasser, Temperatur und Chemikalien betrachtet. <br /> <br /> Dieses Arbeitspaket baut auf die Projektarbeit von Maximilian Beck, Luca Schmid, Andrei Zemba und Vincent Greinecker auf und knüpft unmittelbar an die im Übergabeprotokoll [179] unter Kapitel 4.2 festgehaltenen Vorgehensmöglichkeiten an.<br /> <br /> Zunächst erfolgen Laborversuche wie Zug- und Schlagbiegeprüfungen, um die Ergebnisse mit den Herstellerangaben zu vergleichen und Referenzwerte für spätere Tests zu gewinnen. Anschließend wird die Wasseraufnahme experimentell bestimmt, inklusive der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und mögliche optische oder geometrische Veränderungen.<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit wird zum einen durch einmaliges Erhitzen der Bauteile und anschließende mechanische Prüfungen ermittelt. Zum anderen untersuchen wir das Verhalten unter thermischen Zyklen, indem die Proben wiederholt in einem Wasserbad aufgeheizt und anschließend abgekühlt werden.<br /> <br /> Zudem wird die Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Reinigungs- und Entkalkungsmitteln untersucht, indem Bauteile über längere Zeit in entsprechenden Lösungen gelagert und anschließend analysiert werden.<br /> <br /> == Zielvereinbarung ==<br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets &quot;''Lasergravieren von (PET-) Folien zur Druckplattenbeschichtung''&quot; ist es, eine klare Dokumentation über alle relevanten Möglichkeiten und Parameter der Lasergravur von mit PET-Folien beschichteten Druckplatten sowie der direkten Laserbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen zu erstellen. Die Ergebnisse sollen klar nachvollziehbar und reproduzierbar sein. <br /> <br /> Zielsetzung des Arbeitspakets „''Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit''“ ist die genaue Analyse der Festigkeitseigenschaften des Kunststoffs GreenTec Pro im Vergleich zu den vom Hersteller angegebenen Werten. Ebenso sollen die Veränderungen der Materialeigenschaften unter typischen Einsatzbedingungen einer Kaffeemaschine, Einwirkung von Wasser, Temperatur und Chemikalien, untersucht werden. <br /> <br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets „''Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern''“ liegt in der systematischen Untersuchung des Einflusses verschiedener FDM-Drucker, Slicer-Software und Düsen auf die Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen. Dazu wird ein standardisiertes Testmodell entwickelt. Die Ergebnisse werden sowohl subjektiv (z. B. durch Blindtests) als auch objektiv (z. B. Maßanalyse, Verzugsmessung) bewertet. Ziel ist es, verlässliche Aussagen über den Zusammenhang zwischen Drucktechnik und Bauteilqualität zu treffen und diese in die Gesamtbewertung des Projekts einzubinden.<br /> <br /> == Besprechungsprotokolle ==<br /> [[FDM-Druck Startgespräch 27.03.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 25.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 09.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 23.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 06.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 20.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.07.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Abschlusspräsentation 25.07.2025]]<br /> <br /> == Arbeitspakete ==<br /> === Status ===<br /> 10 - Erfasst&lt;br&gt;<br /> 30 - in Bearbeitung&lt;br&gt;<br /> 50 - Lösung definiert&lt;br&gt;<br /> 70 - in Umsetzung&lt;br&gt;<br /> 90 - Umsetzung abgeschlossen&lt;br&gt;<br /> 99 - Abbruch per Beschluss (Dokumentation dazu erforderlich)&lt;br&gt;<br /> 100 - Maßnahme bestätigt&lt;br&gt;<br /> <br /> === ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck ===<br /> <br /> {| class=&quot;wikitable sortable&quot;<br /> |+ <br /> |-<br /> ! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV <br /> |-<br /> | 1 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 || <br /> |-<br /> | 2 || [[Slicer|Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 3 || [[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 4 || [[Festigkeit|Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 06.06.2025<br /> |-<br /> | 4.1 || [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.2 || [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.3 || [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 5 || [[Laserbeschriftung (PET-) Folien und anschließende Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)]] || Matthias Strohmeier || || 90 ||<br /> |-<br /> | 5.1 || [[Laserbeschriftung von Folien bzw. Druckplatten (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |-<br /> | 5.2 || [[Drucken der Bauteile auf zuvor gravierte Druckplatte (&quot;Prägedruck&quot;) (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |}</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Chemikalien_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4643 2025-07-08T06:50:57Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> Für Bauteile in einer Kaffeemaschine ist die Beständigkeit gegenüber chemischen Reinigungs- und Entkalkungsmitteln von großer Bedeutung. In diesem Arbeitspaket wird untersucht, wie sich eine längere Aussetzung gegenüber solchen Chemikalien auf das Materialverhalten auswirkt. Die Proben werden dafür in eine geeignete Lösung eingetaucht, in diesem Fall ein Chlorbasiertes Reinigungsmittel. Im Datenblatt von GreenTEC Pro [183] steht hierzu das der Kunststoff speziell anfällig gegenüber starker Oxidationsmittel wie Chlor ist, weshalb hier untersucht wird welche Auswirkungen eine Reinigung mit solch einer Lösung auf Materialeigenschaften mit sich zieht. Ziel ist es, potenzielle Materialschwächungen oder Beeinträchtigungen der Oberflächenstruktur zu identifizieren.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Der Versuch zur Chemischen Einwirkung auf Bauteilfestigkeit läuft in vielen Aspekten ähnlich wie der von dem Einfluss von Wasser. Zur Untersuchung wurden ebenfalls neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in die Chemische Lösung vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für 15 Minuten in eine Reinigungslösung eingelegt, um ein intensives bzw. wiederholtes Reinigen zu simulieren. Die Lösung bestand aus einem Mischungsverhältnis von 1:5 (Reinigungsmittel zu Wasser), konkret 200 ml Wasser und 40 ml eines stark alkalischen Reinigungsmittels. Dieses Verhältnis entspricht den Herstellerangaben für reguläre Reinigungsanwendungen.<br /> Nach Ablauf der Einwirkzeit wurden die Bauteile vorsichtig entnommen und mit klarem Wasser abgespült, um Rückstände des Reinigungsmittels zu entfernen und die Prüfteile für die anschließenden Untersuchungen vorzubereiten.<br /> Auch hier folgen die Schlagbiegeproben zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Die Einflussbedingungen der Probearten unterscheiden sie jedoch nicht.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach der chemischen Einwirkung zeigten die Prüfkörper keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Lediglich die Beschriftungen mit Permanentmarker hatten sich gelöst.<br /> Die Abmessungen (Länge, Breite, Höhe) blieben bei allen Proben unverändert im Vergleich zu den Ausgangswerten. Beim Gewicht der Schlagbiegeproben wurde eine Veränderung von etwa 8 % festgestellt. Da jedoch einige dieser Proben leichte Druckfehler aufwiesen, lässt sich nicht mit Sicherheit sagen, ob die Abweichung ausschließlich durch den Chemikalieneinfluss verursacht wurde, wahrscheinlicher ist der Gewichtsunterschied dank Knoten im Filament.<br /> <br /> Insgesamt fiel das Ergebnis der chemischen Belastung hier bereits deutlich besser aus als zunächst erwartet, insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass das verwendete Reinigungsmittel laut Herstellerdatenblatt als potenziell kritisch für Kunststoffe eingestuft wird.<br /> <br /> == Laborversuch ==<br /> <br /> === Zugversuch ===<br /> <br /> Ähnlich wie bei der Untersuchung von Einfluss von Wasser, wurden hier auch nicht alle Z-Proben verwendet. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;220&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Chemie Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten des ersten Laborversuchs, Einfluss Chemie<br /> Datei:Zugversuch Chemie Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Chemie Z2 Diagramm.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> <br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Lösung !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~2336 || ↓ ca. 39 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~32,6 || ↓ ca. 20 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,57 || ↑ ca. 27 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~21,6 || ↓ ca. 33 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 6,4 || ↑ ca. 80 %<br /> |}<br /> <br /> Es zeigen sich bei den anschließenden Zugversuchen signifikante Veränderungen der Materialeigenschaften im Vergleich zur Referenzserie ohne Einfluss. Das Elastizitätsmodul sinkt stark, was eine deutlich geringere Steifigkeit des Materials nach der chemischen Belastung bedeutet. Auch die Streckspannung und Bruchspannung reduzieren sich um ca. 20 % bzw. 33 %, was auf eine generelle Abschwächung der mechanischen Festigkeit hinweist.<br /> <br /> Auffällig ist jedoch, dass sich die Dehnungseigenschaften im Gegensatz dazu verbessert haben. Die Streckdehnung und Bruchdehnung steigen nach der Zeit in der Lösung, was auf ein deutlich duktileres Verhalten der Proben nach chemischer Einwirkung schließen lässt.<br /> <br /> === Schlagbiegeversuch ===<br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Chemie Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Einfluss Chemie ]]<br /> <br /> Das Ergebnis des Schlagbiegeversuchs zeigt erneut einen Scharnierbruch. Die Messwerte deuten auf einen starken Anstieg der aufgenommen Schlagenergie hin. Die Kerbschlagzähigkeit liegt nach dem Kontakt der Lösung auf rund 15 kJ/m² und somit rund 50% höher als bei den Unbehandelten Bauteilen. Auch die Schlagarbeit pro Kerblänge steigt von knapp 25 J/m auf Werte oberhalb von 35J/m an. Ähnlich wie bei der Zugprobe lässt sich hier eine Erweichung und Verminderung der Steifigkeit des Kunststoffes untersuchen. <br /> <br /> === Fazit ===<br /> <br /> Die Ergebnisse zeigen, dass die Reinigungslösung das Materialverhalten eindeutig verändert. Die Proben werden weicher, verlieren an Steifigkeit und zeigen geringere Festigkeiten, gleichzeitig verbessert sich das Verformungsverhalten, was auf molekulare Umstrukturierungen oder ein leichtes Anlösen von Polymerketten hindeuten könnte. Im Datenblatt wird eine Lösung dieser Art als besonders kritisch eingestuft, jedoch fallen die Labor Ergebnisse im Gegensatz dazu besser als gedacht aus. Die Bauteile zeigen keine sichtbaren Schäden oder Verformungen und behalten ihre ursprüngliche Form bei. Kurzfristige oder vereinzelte Reinigungsvorgänge sollten somit keine unmittelbare Gefahr für die Struktur des Kunststoffes darstellen, bei häufiger oder längerer Belastung muss der beobachtete Festigkeitsverlust jedoch berücksichtigt werden. Für den Praxiseinsatz empfiehlt sich daher die Verwendung milderer Mittel welche nicht auf Chlor basieren, um Langzeitschäden auszuschließen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Festigkeit&diff=4642 2025-07-08T06:47:12Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Vermutungen in Bezug auf Einflüsse */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> <br /> In diesem Arbeitspaket werden die mechanischen Belastbarkeiten von 3D-Druck Teilen für eine Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die mechanischen Eigenschaften eines unveränderten Bauteils als auch dessen Verhalten unter Einflüssen wie ''Wasser'', ''Temperatur'' oder ''Chemikalien'' betrachtet.<br /> <br /> Das Ziel dieses Themas ist es, eine realitätsbezogene Analyse der mechanischen Beständigkeit 3D-gedruckter Bauteile zu erstellen. Die gewonnen Erkenntnisse können zur Materialspezifizierung oder Optimierung der Konstruktion führen.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau ==<br /> <br /> === Ausgangspunkt: Unbehandelte Proben ===<br /> <br /> Nach dem Drucken werden Laborversuche an der Zugprüfmaschine und der Schlagbiegeprüfmaschine an unbehandelten Bauteilen getestet, um diese mit den Werten des Herstellers zu vergleichen, hier ist anzumerken, dass in den Datenblättern von GreenTEC-Pro die Prüfungen mit Spritzgussteilen und nicht 3D-Druckteilen durchgeführt wurden. Ebenso dienen diese Proben als Referenz für spätere Prüfungen mit Einflüssen.<br /> <br /> === Einflussfaktoren ===<br /> <br /> Anschließend werden die gleichen Versuche an Bauteilen mit Einflüssen, in diesem Fall ''Wasser'' in [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.1]], ''Temperatur'' in [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.2]] und ''Chemikalien'' in [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.3]] durchgeführt und anschließend dokumentiert und analysiert.<br /> <br /> '''Einfluss von Wasser'''<br /> <br /> Der erste untersuchte Umwelteinfluss ist die Wirkung von Wasser. Hierbei wird experimentell was das Aussetzen von Wasser auf ein Bauteil über einen vorgeschriebenen Zeitraum für Wirkungen hat und wie sie dies auf seine mechanischen Eigenschaften auswirkt. Es wird ebenso überprüft, ob es zu geometrischen/optischen Veränderungen kommt.<br /> <br /> '''Einfluss von Temperatur'''<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit spielt in einer Kaffeemaschine eine zentrale Rolle, hierbei werden folgende Punkte genauer betrachtet. Zuerst wird getestet, ob eine wiederholtes Erhitzen und abkühlen sich auf die Stabilität des Werkstoffes ausübt. Ebenso wird untersuchte wie sich die Festigkeit des Werkstoffes verhält einer definierten Temperaturen. Falls möglich werden die Temperaturbeständigkeit und Wasseraufnahme zusammen getestet, beispielsweise durch ein heißes Wasserbad, um eine realistisches Bild des Bauteilverhaltens in der Kaffeemaschine zu kriegen.<br /> <br /> '''Einfluss von Chemikalien'''<br /> <br /> Ein weiterer relevanter Einflussfaktor sind Chemikalien. Insbesondere Reinigungs- und Entkalkungschemikalien, die bei Kaffeemaschinen periodisch zum Einsatz kommen werden in Bezug auf Wirkung auf den Kunststoff untersucht. Hierfür wird das Bauteil über einen längeren Zeitraum in eine Lösung aus Wasser und Reinigungsmitteln gelegt. Anschließend wird es auf geometrische/optische Veränderungen überprüft. Zuletzt wird die Festigkeit analysiert, um mögliche Materialschäden oder Beeinträchtigungen der Festigkeit festzustellen.<br /> <br /> == Projektfortschritt ==<br /> <br /> In den ersten Wochen wurde intensive Recherche betrieben. Zuerst wurde das Material GreenTEC-Pro genauer untersucht. Hierfür standen einige Datenblätter zu Verfügung, die einen guten Einblick in die verschiedenen Eigenschaften des Materials geben. <br /> <br /> === Auswahl der Festigkeitsprüfverfahren ===<br /> <br /> Auch die geplanten Festigkeitsprüfungen wurden genauer betrachtet, insbesondere in den Punkten Durchführung und Grund ihrer Auswahl.<br /> <br /> '''Zugversuch''': zur Bestimmung von Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul <br /> <br /> '''Schlagbiegeversuch''': zur Bewertung von Schlagzähigkeit unter plötzlicher Belastung<br /> <br /> === Vermutungen in Bezug auf Einflüsse ===<br /> <br /> Eine Recherche der Einflüsse bei ähnlichen Kunststoffen wie PETG, lässt vermuten das die spezifischen Einflüsse folgende Resultate bringen werden:<br /> <br /> '''Wasseraufnahme''': Leichte Reduzierung der Festigkeit und Zähigkeit. GreenTEC-Pro wird als sehr Wasserresistent angeworben, weshalb nur geringe Änderungen zu vermuten sind.<br /> <br /> '''Temperatur''': Je höher die Temperatur steigt, desto stärker nehmen Steifigkeit und Layerhaftung ab. Speziell im Bereich der VICAT-grenze (160°C) ist mit einem deutlichen Verlust an Festigkeit und Formstabilität zu rechnen.<br /> <br /> '''Chemikalien''': Der Werkstoff ist laut Datenblatt [183] insbesondere gegenüber starken Oxidationsmitteln wie Chlor anfällig. Bei der Exposition gegenüber solchen Chemikalien ist mit einer deutlichen Reduktion der Festigkeit sowie mit optischen Veränderungen (z.B. Verfärbungen, Mattierung der Oberfläche) zu rechnen.<br /> <br /> === Druck der ersten Prüfkörper ===<br /> <br /> In dieser Phase wurden erste Prüfkörper für die anstehenden mechanischen Tests vorbereitet (gesliced), um sie anschließend Drucken zu können.<br /> <br /> Die verwendeten Slicing-Parameter für die ersten Bauteile setzen sich aus '''100% Infill mit geradlinigem Füllmuster''', einer '''Layerhöhe von 0,1 mm''' und einer verwendeten '''Düsengröße von 0,4 mm''' bei dem '''Drucker Prusa MK4S''' zusammen. <br /> <br /> Der Fokus zu diesem Zeitpunkt liegt auf reine Materialeigenschaften, Geometrieanpassung folgen ggf. in späteren Schritten.<br /> <br /> Die zu erwartenden Festigkeitswerte orientieren sich an den Herstellerangaben im Datenblatt von GreenTEC-Pro [121] . Aufgrund des verwendeten FDM-Druckverfahrens sowie typischer Abweichungen (z. B. durch Layeraufbau und Inhomogenität) wird mit leicht reduzierten Werten gerechnet, besonders in Bezug auf ''Zugfestigkeit'' und ''Schlagzähigkeit''<br /> <br /> == Erste Laborversuche ==<br /> <br /> === Labor Einweisung und Drucken der Proben ===<br /> <br /> Zu Beginn der ersten Laborwoche erfolgte eine Einweisung in die Laborvorschriften sowie in die Bedienung der Maschinen, mit denen der Festigkeitsnachweis durchgeführt wird. Ebenso wurden die Prüfproben mittels 3D-Druck gefertigt, jeweils sechs Stück für die Zug- und Schlagbiegeprüfung.<br /> <br /> === Zugprüfung ===<br /> <br /> In der darauffolgenden Woche wurden die ersten Versuche durchgeführt. Ziel war es einerseits, die im Datenblatt angegebenen Materialeigenschaften zu verifizieren und andererseits eine Basis für weitere Versuche mit Einflüssen zu schaffen.<br /> <br /> Die sechs Zugprüfungen verliefen ohne große Komplikationen und es kam zu den in [Bild 1] gezeigten Werten. Die eingezeichneten Daten in ein Spannungs-Dehnungsdiagramm finden sich in [Bild 2], sowie eine detaillierte Gegenüberstellung der Daten aus der Laborarbeit und dem Datenblatt in [Tabelle 1].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;180&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Datensatz2.png|Bild 1: Zugversuchdaten der ersten Versuche, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Diagramm.png| Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm des Zugversuchs<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Tabelle 1:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Laborversuch !! Datenblatt !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || 4300 || ↓ ca. 12,3 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || 58 || ↓ ca. 30,2 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || 2,8 || ↓ ca. 27,9 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || 53 || ↓ ca. 39,6 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,5 || 3,4 || ≈ Gleich<br /> |}<br /> <br /> Es lässt sich feststellen, dass die meisten Messwerte im erwarteten Bereich liegen, jedoch etwas schlechter ausfallen als die Angaben im Datenblatt. Dies lässt sich auf mehrere Faktoren zurückführen: Zum einen schwankt die Qualität von 3D-Druckmaterialien und der Druckprozess selbst unterliegt gewissen Ungenauigkeiten. Zum anderen sind die im Datenblatt angegebenen Werte häufig optimistisch und repräsentieren die bestmöglichen Ergebnisse. Außerdem ist erneut zu erwähnen, dass die Datenblattwerte an Spritzgussteilen ermittelt wurden, während die hier repräsentierten Prüfungen mit 3D-gedruckten Bauteilen durchgeführt wurden.<br /> <br /> === Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Anschließend folgte die Schlagbiegeprüfung. Zunächst wurde ein 2 Joule-Hammer verwendet da der kleinstmögliche Hammer, der das Bauteil noch durchschlägt, die besten Werte liefert. Dieser durchschlug nahezu das gesamte Bauteil, lediglich die letzte Schicht blieb intakt. Daher wurde ein stärkerer 5 Joule-Hammer eingesetzt. Doch auch hier konnte die letzte Schicht nicht durchbrochen werden.<br /> Bei genauerer Analyse zeigte sich, dass es sich vermutlich um ein drucktechnisches Problem handelt. Eine alternative Druckmethode könnte dieses Verhalten möglicherweise verhindern. In realen Anwendungen stellt diese zusätzliche Schicht vermutlich keinen Nachteil dar, im Gegenteil, sie könnte stabilisierend wirken. Für standardisierte Festigkeitsprüfungen jedoch ist sie problematisch.<br /> <br /> Bildmaterial zur Schlagbiegeprüfung mit Scharnierbruch, siehe [Bild 3] und [Bild 4].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;150&quot;&gt;<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 1.jpg|Bild 3: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 2.jpg|Bild 4: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Die erarbeiteten Daten [Bild 5] aus dem Schlagbiegeversuch: <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch_Versuch1.png|mini|600px|zentriert| Bild 5: Schlagbiegeversuchdaten V1 der ersten Versuche, unbehandelt]]<br /> <br /> Hier ist ein bemerkenswerter Unterschied zwischen den beiden Messergebnissen zu erkennen, da es statt des erwarteten vollständigen Bruchs zu einem Scharnierbruch kam, vermutlich verursacht durch den Schichtaufbau beim 3D-Druck.<br /> Das Laborergebnis zeigte eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 14,3 kJ/m², während das Datenblatt von GreenTEC-Pro einen Wert von 4 kJ/m² angibt. Damit liegt der gemessene Wert deutlich höher als der Referenzwert, was sich vermutlich durch den unvollständigen Bruch und die damit verbundene zusätzliche Energieaufnahme erklären lässt.<br /> <br /> Es ist eine Wiederholung der Versuche mit veränderter Probenstruktur vorgesehen.<br /> <br /> === Angepasste Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Um die Schlagbiegeprüfung zuverlässiger auf das Bruchverhalten des verwendeten Materials abzustimmen, wurde das Prüfkörperdesign im Slicer gezielt angepasst. Ziel war es, einen vollständigen und sauberen Bruch an der Kerbe zu erzielen, statt eines untypischen Scharnierbruchs durch druckbedingte Verstärkungen in den oberen Schichten.<br /> <br /> Zu diesem Zweck wurden unter anderem folgende Änderungen vorgenommen:<br /> <br /> *Reduzierung der massiven Schicht an Ober-/Unterseite → Schichtdicke erwies sich als entscheidender Faktor für das Auftreten eines Scharnierbruchs<br /> *Bautteil um 180° gedreht → mit neuer Ausrichtung kann eine dickere Grundschicht beibehalten werden, ohne den Bruchverlauf negativ zu beeinflussen<br /> *Reduzierung des Füllgrades auf 70 % → Vermeidung übermäßiger Materialverdichtung und fördert ein Bruchverhalten<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 gesliced.png|mini|Bild 6: Schlagbiegeprobe V2 gesliced]]<br /> <br /> Die genauen Unterschiede finden sich hier:<br /> <br /> Tabelle 2:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Vorher !! Nachher<br /> |-<br /> | Ausrichtung der Probe || Kerbe nach oben || Kerbe nach unten<br /> |-<br /> | Top Layer Schichten || 8 Schichten || 1 Schicht<br /> |-<br /> | Top Layer Schalenstärke || 0,7 mm || 0,2 mm<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schichten || 7 Schichten || 2 Schichten<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schalenstärke || 0,4 mm || 0,5 mm<br /> |-<br /> | Perimeter || 0,3 mm || 0,1 mm<br /> |-<br /> | Infill || 100% || 70%<br /> |}<br /> <br /> == Zweiter Laborversuch ==<br /> <br /> === Erweiterung der Zugprüfung auf Z-Richtungsbelastung ===<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Hochkannt gesliced 33.png|mini|100px|rechts| Bild 7: Zugprobe Hochkannt gedruckt, gesliced]]<br /> <br /> In realen Anwendungen wirken mechanische Kräfte nie nur aus einer einzigen Richtung. Es treten meist Belastungen verteilt und gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen auf, wobei sie oft stark in bestimmte und vergleichsweise eher schwach in andere resultieren. Die bislang durchgeführten Zugversuche beschränkten sich auf flach gedruckte Proben, bei denen die Last hauptsächlich in der X- und Y-Richtung aufgenommen wird.<br /> <br /> Im weiteren Projektverlauf wurde daher beschlossen, zusätzlich auch hochkant (in Z-Richtung) gedruckte Zugproben [Bild 7] herzustellen und zu prüfen. Diese sollen gezielt die Schichtanhaftung sowie die mechanische Festigkeit in Z-Richtung untersuchen, da diese Richtung im 3D-Druckverfahren häufig eine Schwachstelle darstellt. Durch die Kombination beider Prüfrichtungen (XY und Z) entsteht ein ganzheitlicheres Bild der Materialeigenschaften unter realitätsnahen Belastungsbilder.<br /> <br /> === Versuchsergebnisse ===<br /> <br /> Nach dem ersten Versuch wurde deutlich, dass die Messergebnisse in ihrer aktuellen Form nur eingeschränkt aussagekräftig sind. Die Prüfteile versagten aufgrund der schwachen Schichthaftung in Z-Richtung sehr plötzlich, wodurch die Traverse der Zugprüfmaschine nicht weit genug fahren konnte um die Festigkeitsdaten des Bauteils zu erfassen. Aus diesem Grund wurde die nominelle Bruchdehnung (auch technische Bruchdehnung) ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt;, in die Datenerfassung aufgenommen. Sie ist zwar nicht so präzise wie die tatsächliche Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt;, da sie logarithmisch aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm errechnet wird, liefert aber eine gute Orientierung bezüglich des Dehnungsbereichs und reicht aus, um Vergleiche zwischen den Probenserien zu ermöglichen. Bei dem Vergleich der beiden Spannungs-Dehnungsdiagramme aus [Bild 2] und [Bild 9] ist dieser Unterschied ebenfalls eindeutig zu erkennen. Bei den Bauteilen die Hochkant gedruckt wurden, ist weder Spannung noch Dehnung ansatzweise so stark ausgeprägt wie bei den Flachgedruckten Bauteilen.<br /> <br /> Dies zeigt sich auch an der sehr niedrigen Bruchdehnung von lediglich 0,7 % bis 1,4 %, was auf ein ausgeprägt sprödes Versagensverhalten hinweist. Trotz dieser Einschränkungen sind die vorhandenen Ergebnisse keinesfalls wertlos, denn sie liefern eine grundlegende Referenz für spätere Versuche unter Einfluss von Umweltfaktoren und können als Vergleichsbasis zur qualitativen Bewertung herangezogen werden.<br /> <br /> Auffällig ist, dass die letzte Probe deutliche Abweichungen im Vergleich zu den ersten beiden aufweist. Diese Probe wurde mit einem neuen Filament gefertigt, wodurch geringe Unterschiede entstehen können. Wahrscheinlicher ist jedoch, dass die Daten sich unterscheiden weil ein Knoten im Filament vorlag, was die Druckqualität einzelner Bauteile negativ beeinflusst hat. Während sich dies bei den Zugproben kaum bemerkbar machte, war der Effekt bei einigen Schlagbiegeproben deutlich sichtbar, was sich auch in den späteren Prüfergebnissen widerspiegelt.<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Schlagbiegeversuch Versuch1 Z.png|Bild 8: Zugprüfungsergebnisse Z-Richtung, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche hochkannt diagramm.png|Bild 9: Spannungs-Dehnungsdiagramm für Zugprüfung Z-Richtung, unbehandelt <br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> == Wiederholung Schlagbiegeversuch ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau und Hintergrund ===<br /> <br /> Für die Wiederholung des Schlagbiegeversuchs wurde erneut ein Pendel mit einem 5 Joule-Hammer verwendet. Im Vergleich zum ersten Versuch kamen diesmal angepasste Proben zum Einsatz, die gezielt so konstruiert wurden, dass sie leichter versagen sollten. Ziel war es, den zuvor beobachteten Scharnierbruch zu vermeiden und stattdessen einen vollständigen Werkstoffbruch zu erreichen.<br /> <br /> Trotz dieser Anpassung trat jedoch erneut ein Scharnierbruch auf. Dies bestätigt die Annahme, dass sich 3D-gedruckte Bauteile, insbesondere im FDM-Verfahren, nur eingeschränkt für klassische Schlagbiegeversuche eignen. Der werkstofftypische Faseraufbau sorgt trotz des eher spröden GreenTEC-Pro Materials für eine erhöhte Elastizität und verhindert somit eine vollständige Trennung der Probe unter Schlagbelastung.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 10: Schlagbiegeversuchdaten V2, unbehandelt]]<br /> <br /> === Ergebnisse ===<br /> <br /> Die angepasste Schlagbiegeprobe hat im Vergleich zum ersten Versuch deutlich bessere Ergebnisse geliefert und nähert sich den im Datenblatt angegebenen Werten für die Kerbschlagzähigkeit an. Während im Datenblatt ein Wert von etwa 4 kJ/m² genannt wird, konnte im zweiten Versuch eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 9,95 kJ/m² [Bild 10] erreicht werden. Dies zeigt, dass die Modifikationen am Probenkörper eine Verbesserung bewirkt haben. Dennoch wurde der gewünschte vollständige Bruch erneut nicht erreicht – stattdessen trat wieder ein Scharnierbruch auf, was die typischen Schwächen von 3D-gedruckten Proben bei dieser Prüfart bestätigt.<br /> <br /> Trotz der Einschränkungen liefert der Versuch wichtige Erkenntnisse über die Energieaufnahme und das Verhalten der Proben unter schlagartiger Belastung. Die gewonnenen Daten sind aussagekräftig genug, um als Vergleichsbasis für die weiteren Versuchsreihen mit äußeren Einflüssen wie Wasser oder Chemikalien verwendet zu werden.<br /> <br /> == Fazit ==<br /> <br /> Die Versuche bestätigen insgesamt die Datenblatt-Tendenzen, zeigen jedoch eine Tendenz ins negative:<br /> <br /> Im Zugversuch (XY-Richtung) liegen die gemessenen Kennwerte etwa 10 – 40 % unter den Datenblattangaben für Spritzgussteile, was sich auf die abweichende Fertigungs­technik, optimistisch ausgewählten Werten und einer variierenden Druckerqualität zurückführen lässt.<br /> <br /> Im Zugversuch (Z-Richtung) fallen die Kennwerte erwartungsgemäß weit ab und unterstreichen, dass Orientierungs­wahl oder eine nachträgliche Verfestigung nötig sind, wenn Zuglasten quer zur Schicht auftreten.<br /> <br /> Beim Schlagbiegeversuch, liegt die ermittelte Kerbschlagzähigkeit zwar in einem akzeptablen Bereich, aber es fällt auf, dass FDM-gedruckte Proben für klassische Pendelschlag­verfahren nur bedingt geeignet sind. Der aus dem Schichtenaufbau resultierende Scharnierbruch verhindert einen sauberen, vollständig trennenden Bruch. Trotzdem liefern die Ergebnisse eine gute Vergleichsgrundlage, für spätere Bauteile mit Einflüssen.<br /> <br /> Diese Referenzwerte bilden die Grundlage, um in den folgenden Abschnitten die Einflüsse von Wasser, Temperatur und Chemikalien direkt mit den Ausgangsdaten zu vergleichen und zu bewerten.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Technische_Beeinflussbarkeit_der_Geschmacksache_Kaffee:Literatur&diff=4641 2025-07-08T06:45:57Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Quellenverzeichnis */</p> <hr /> <div>&lt;htmltag tagname=&quot;img&quot; src=&quot;https://vg05.met.vgwort.de/na/44b0bd294def495a8e21154f37810b84&quot; width=&quot;1&quot; height=&quot;1&quot; alt=&quot;&quot;&gt;&lt;/htmltag&gt;<br /> [[Datei:Breites Logoband.png|mini|zentriert|hochkant=2.5]]&lt;br&gt;<br /> <br /> = Quellenverzeichnis =<br /> Quellen und Dokumente<br /> <br /> Bei den hier gelisteten Dokumenten und Quellen handelt es sich um Dokumentationen der durchgeführten Projekt- und Abschlussarbeiten, Statusberichte sowie um Fachliteratur.<br /> <br /> Für das Projekt &quot;Technische Beeinflussbarkeit der Geschmacksache Kaffee&quot; wird über diese Seite ein einheitliches Literaturverzeichnis geführt, welches bei Bedarf erweitert wird.In den jeweiligen Dokumentationen entfällt das sonst übliche Literaturverzeichnis<br /> <br /> # Kilian Stach, [[Abschlussarbeit Stach|Entwicklung einer labortechnischen Mehrkreis- und Mehrkessel-Espressomaschine]], Bachelor-Thesis, 2018<br /> # Rawad Alshikh, Frank Hadwiger, Timo Sieber, [[Inbetriebnahme 2018|Inbetriebnahme der Labor-Espressomaschine]], Projektarbeit, 2018<br /> # Johann Siegl, Schaltungstechnik- Analog und gemischt analog/digital, 2. Auflage Springer Berlin Heidelberg New York, 2005<br /> # Matthias Kretzschmar, Joshua Bauske, Christoph Binder, [[Simulation 2018|Simulationsmodell einer Siebträger Kaffeemaschine]], Projektarbeit, 2018<br /> # Marc Arendt, [[Abschlussarbeit Arendt|Neukonstruktion einer Kaffeemaschinenbrühgruppe]], Bachelorarbeit 2018 (Konstruktion der ersten Variante einer kalten Brühgruppe)<br /> # Fabian Deiser, Felix Müller, Stefan Sellmaier, Johannes Amann, [[Inbetriebnahme 2019|Inbetriebnahme und Vorbereitung zur Erprobung der kalten Brühgruppe für eine labortechnische Espressomaschine]], Projektarbeit 2019<br /> # Tobias Tritschler, [[Abschlussarbeit Tritschler|Konstruktion zweier Druckbehälter für eine hochwertige Siebträgermaschine]], Bachelorarbeit 2019<br /> # Sebastian O’Reilly, Florian Fritz, Tim Kittelmann, Johannes Kastner, [[Versuche Glasboiler 2020|Versuchsaufbau und Versuchsdurchführung an einem Borosilikatdampfboiler]], Projektarbeit 2020<br /> # Sebastian Bitzinger, Lorenz Fricke, Marinus Winhart, [[Kalte E61 2019|Konstruktion einer kalten Brühgruppe nach dem E61 Prinzip]], Projektarbeit 2019<br /> # Andreas Boeck, Ludwig Laurent, Marcel Seibold, [[Projektarbeit Kraftmessung 2019|Kraftmessung in Z-Richtung]], Projektarbeit 2019<br /> # Melissa Schütz, Moritz Albrecht, Vladyslav Sosnytskyi, [[Projektarbeit Konstruktionen 2020|Konstruktion von vier Siebträger-Espressomaschinen]], Projektarbeit 2020<br /> # Erich Weidler, Armin Rohnen, [[Erfindungsmeldung 2019|Erfindung Espressomaschine mit kalter Brühgruppe]], Erfindungsmeldung 2019<br /> # Armin Rohnen, Hydraulikplan mit Entschichtung, 2019 (ungültig, neuer Stand [64])<br /> # VERORDNUNG (EU) Nr. 801/2013 Festlegung von Ökodesign- Anforderungen an den Stromverbrauch elektrischer und elektronischer Haushalts- und Bürogeräte<br /> # Formelsammlung und Berechnungsprogramme Anlagenbau, gesehen am 22.03.2020<br /> # Vorrichtung zum erwärmen eines Trinkgefässes, Patentschrift EP 1 878 369 A1, Anmeldetag 14.07.2006<br /> # Tobias Blädel, Til Ahlgrim, Lukas Ankner, Yasin Bolat, Fabian Weber, Florian Michal, [[Konstruktion Labormaschine 2020|Konstruktion einer Siebträger-Espressomaschine]], Projektarbeit 2020<br /> # Tolga Acar, Antonia Huber, Karim Ragab, Kerstin Seitz, [[Konstruktion Brühgruppe 2020|Konstruktion der Brühgruppen und zugehöriger Siebträger für den 3D-Druck]], Projektarbeit 2021<br /> # Fabian Weber, [[Abschlussarbeit Weber|Mechatronische Entwicklung und Inbetriebnahme einer labortechnischen Espressomaschine]], Bachelorarbeit 2021<br /> # Florian Johann Michal, [[Abschlussarbeit Michal|Entwicklung und Inbetriebnahme des hydraulischen Aufbaus einer labortechnischen Espressomaschine]], Bachelorarbeit 2021<br /> # Felix Müller, [[Abschlussarbeit Felix Müller|Entwicklung zweier Temperaturregelungen (Folgeregelung) mithilfe von Python und MATLAB®]], Abschlussarbeit 2020<br /> # Armin Rohnen, Konzept: Modulare Systemelektronik für Siebträger Espressomaschinen, 2021 (ungültiges Dokument)<br /> # Ludwig Ackermann, Lucas Kolbinger, Marko Kurtusic, Isabell Nuißl, Matthias Rieseberg, Melanie Schuster, Edon Shala, [[Projektarbeit Glasboiler 2021|Espressomaschine mit Borosilikatglasboiler]], Projektarbeit 2021<br /> # Sebastian Czernin, Jonas Pytlik, Michael Zanziger, [[Projektarbeit Mess-System 2021|Mess-System zur Ermittlung der Betriebsparameter von Espressomaschinen]], Projektarbeit 2021<br /> # Korbinia Ass, Valentin Sachmann, Simon Schmetz, [[Projektarbeit Pumpenprüfstand 2021|Entwicklung eines Kalibriersystems für Druck- und Temperatursensoren]], Projektarbeit 2021<br /> # Anna Gutenberger, Yasin Mahan, Michael Spießl, Artur Tomczak, [[Projektarbeit Bedienkonzept 2021|Entwicklung eines Bedienkonzeptes für eine Espressomaschine und Simulation der Bedienung mit MATLAB® App Designer]] (Bedienungsanleitung, Funktionsliste), Projektarbeit 2021<br /> # Andreas Goclik, Armin Rohnen, Konzept Kaffee-Maschine, 2021 (nicht öffentliches Dokument)<br /> # Fabian Sinn, Manuel Menrath, Niklas Vonderschnitt, [[Inbetriebnahme Labormaschine 2021|Weiterführung Inbetriebnahmelabortechnische Espressomaschine, Neukonstruktion von Heizelementen und Wasserwendel]], Projektarbeit 2021<br /> # Janina Schulz, Simon Nantschev, Tomislav Marjanovic, Josef Hanswold, Konstruktion einer 1,8 Liter Siebträger-Espressomaschine mit kalter Brühgruppe, Projektarbeit 2021 (nicht öffentliches Dokument)<br /> # Patricia Viebke, Tamiem Sediq, Andreas Turbanisch, [[Inbetriebnahme Mess-System 2021|Inbetriebnahme Mess-System zur Bestimmung von Durchflussraten, Druck und Temperaturverläufen von Siebträger-Espressomaschinen]], Projektarbeit 2021<br /> # Armin Rohnen, [[Konzept Elektronik Entwicklung 2021|Erforschung eines Arbeitsablaufs für die Entwicklung integrierter elektronischer Systeme anhand des Beispiels einer Siebträger-Espressomaschine]], 2021<br /> # La Marzocco, Patentschrift, Weighing Device for an Espresso Coffee Machine<br /> # La Marzocco, Patentschrift, Machine for preparing a beverage withrepeatable characteristics<br /> # La Marzocco, Patentschrift, Espresso Coffee Machine with adjustment of the dispensing pressure an method for adjusting the dispensing pressure of an Espresso Coffee Machine<br /> # Stephan Hase, [[Praktikum Inbetriebnahme Pumpenprüfstand 2021|Inbetriebnahme des Pumpenprüfstands]], Praxissemester Sommersemester 2021<br /> # La Marzocco, Patentschrift WÄGEVORRICHTUNG FÜR EINE ESPRESSOKAFFEEMASCHINE UND ESPRESSOKAFFEEMASCHINE MIT EINER SOLCHEN VORRICHTUNG, EP 2 701 563 B1, 2015 (ab Seite 6 deutsche Beschreibung der Patentansprüche)<br /> # Armin Rohnen, Hydraulikplan 1,8 Liter Kaffeemaschine, Stand: 20.04.2022 (nicht öffentliches Dokument)<br /> # Grobübersicht Projekt Kaffeemaschine (Projektflyer) (nicht öffentliches Dokument)<br /> # Marktüberblick Siebträger-Kaffeemaschinen (nicht öffentliches Dokument)<br /> # Armin Rohnen, MATLAB® meets MicroPython, Springer Fachmedien Wiesbaden, ISBN 978-3-658-39948-1, 2022<br /> # Armin Rohnen, [[Schnittstelle MATLAB MicroPython 2021|STM32F411 nucleo - MATLAB® Schnittstelle]], Stand November 2021<br /> # Wittel et. al., Roloff/Matek, Maschinenelemente, Normung, Berechnung, Gestaltung, 24., überarbeitete und erweiterte Auflage, Springer Vieweg, 2019<br /> # Felix Kistler, [[Projektarbeit Glasboilermaschine 2021|Entwicklung einer Siebträger-Espressomaschine mit Borosilikat-Glasboiler]], Januar 2021<br /> # Isabell Nuißl, Konstruktion, [[Abschlussarbeit Isabell Nuissl 2021|Nachrechnung und Montage des Borosilikatglasboilers der Espressomaschine Style]], Abschlussarbeit 2021<br /> # Armin Rohnen, Hydraulikplan Borosilikatgals-Espressomaschine MMM - Style, (ungültig, neuer Stand [64])<br /> # Phillip Crone, Espressomaschinen sind die neuen Autos, Süddeutsche Zeitung Online, 21. Januar 2022<br /> # Bosche, [https://www.bosche.eu/waagenkomponenten/waegezellen/plattform-waegezellen/plattform-waegezellen-h10a Test Certificate Bosche H10A Wägezellen], 11.12.2012<br /> # Villeroy und Boch, Villeroy und Boch: Tassen und Becher, 25.10.2021<br /> # Aluminiumklebebänder, Aluminiumklebebänder, Februar 2022<br /> # Gregor Mietzsch, Marvin Baumgartner, [[Projektarbeit Wägetechnik 2022|Konzeptentwicklung der Wägetechnik für eine Siebträgerespressomaschine]], Projektarbeit 2022<br /> # Matthias Rieseberg, Inbetriebnahme mit Montageanleitung der 1,8 – Liter Kaffeemaschine, Abschlussarbeit 2022 (nicht öffentliches Dokument)<br /> # Daniele Fecondo, Philipp Wieland, Sebastian Intra, [[Projektarbeit Inbetriebnahme Labormaschine 2022|Inbetriebnahme einer labortechnischen Kaffeemaschine]], Projektarbeit, 2022<br /> # Nermin Arbi, Alexander Egger, Michael Urbin, [[FMEA Labormaschine 2020|FMEA Labortechnische Espressomaschine]], Modularbeit 2020<br /> # Eric Hübner, Semih Kum, [[Projektarbeit Inbetriebnahme Pumpenprüfstand 2022|Abschlussbericht zur Projektarbeit Inbetriebnahme Pumpenprüfstand]], Projektarbeit, 2022<br /> # Patricia Viebke, [[Abschlussarbeit Patricia Viebke 2022|Inbetriebnahme eines Messsystems zur Aufnahme von Betriebsparametern bei Siebträger Espressomaschinen mit und ohne E61 Brühgruppe]], Abschlussarbeit, 2022<br /> # Felix Kistler, [[Projektarbeit innovative Komponenten 2022|Qualifikation innovativer Komponenten einer Siebträger-Espressomaschine]], Projektarbeit, 2022<br /> # Armin Rohnen, Hydraulikplan Style, Stand 08.04.2022 (ungültig, neuer Stand [64])<br /> # Daniele Fecondo, Philipp Wieland, Sebastian Intra, [[Montageanleitung Labormaschine 2022|Montageanleitung labortechnische Espressomaschine]], Stand 15.02.2022<br /> # Florian Christ, Philipp Seeholzer, Timo Mehlbeer, Stefan Weiderer, Projektdokumentation Detailkonstruktionen 1,8 Liter Kaffeemaschine , 2022 (nicht öffentliches Dokument)<br /> # Armin Rohnen, Hydraulikplan Labor, Stand 08.04.2022 (ungültig, neuer Stand [64])<br /> # [https://www.gemu-group.com/fileadmin/user_upload/DownloadSupport/Wissensportal/GEM%C3%9C_Dampfdrucktabelle_de.pdf Dampfdrucktabelle der Fa. 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Preussler, Festigkeitslehre, Torsion<br /> # Eigenschaften von A4 Edelstahl - https://www.teamedelstahl.de/werkstoffe/1-4401/<br /> # Reibwerte von verschiedenen Materialien - https://www.schweizer-fn.de/stoff/reibwerte/reibwerte.php#sonstiges<br /> # Leonhard Schöner, Ze Lee, Amir Braun, [[:Datei:20240807 Amir Braun Leonhard Schöner Ze Lee Projektbericht-Entwicklung von Sensoren und Aktoren.pdf|Entwicklung von Sensoren und Aktoren für die Die Glasboilermaschine – Style]], Projektarbeit, 2024<br /> # Patricia Viebke, [[:Datei:2024Sep27 Masterarbeit PatriciaViebke.pdf|Vermessung von E61 und nicht-E61 Siebträger Espressomaschinen anhand Auswertung und Gegenüberstellung der erfassten Parameter mittels des entwickelten Mess-Systems]], Abschlussarbeit, 2024<br /> # Florian Buchholz, Felix Forster, Ferdinand Harbauer, [[:Datei:20240725 Abschlusspräsentation Glasboilerespressomaschine SoSe24.pdf|Abschlusspräsentation Prototypenbau Glasboilermaschine]], Projektarbeit, 2024<br /> # P. D. L. 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Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Festigkeit&diff=4633 2025-07-07T11:04:34Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Druck der ersten Prüfkörper */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> <br /> In diesem Arbeitspaket werden die mechanischen Belastbarkeiten von 3D-Druck Teilen für eine Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die mechanischen Eigenschaften eines unveränderten Bauteils als auch dessen Verhalten unter Einflüssen wie ''Wasser'', ''Temperatur'' oder ''Chemikalien'' betrachtet.<br /> <br /> Das Ziel dieses Themas ist es, eine realitätsbezogene Analyse der mechanischen Beständigkeit 3D-gedruckter Bauteile zu erstellen. Die gewonnen Erkenntnisse können zur Materialspezifizierung oder Optimierung der Konstruktion führen.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau ==<br /> <br /> === Ausgangspunkt: Unbehandelte Proben ===<br /> <br /> Nach dem Drucken werden Laborversuche an der Zugprüfmaschine und der Schlagbiegeprüfmaschine an unbehandelten Bauteilen getestet, um diese mit den Werten des Herstellers zu vergleichen, hier ist anzumerken, dass in den Datenblättern von GreenTEC-Pro die Prüfungen mit Spritzgussteilen und nicht 3D-Druckteilen durchgeführt wurden. Ebenso dienen diese Proben als Referenz für spätere Prüfungen mit Einflüssen.<br /> <br /> === Einflussfaktoren ===<br /> <br /> Anschließend werden die gleichen Versuche an Bauteilen mit Einflüssen, in diesem Fall ''Wasser'' in [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.1]], ''Temperatur'' in [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.2]] und ''Chemikalien'' in [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.3]] durchgeführt und anschließend dokumentiert und analysiert.<br /> <br /> '''Einfluss von Wasser'''<br /> <br /> Der erste untersuchte Umwelteinfluss ist die Wirkung von Wasser. Hierbei wird experimentell was das Aussetzen von Wasser auf ein Bauteil über einen vorgeschriebenen Zeitraum für Wirkungen hat und wie sie dies auf seine mechanischen Eigenschaften auswirkt. Es wird ebenso überprüft, ob es zu geometrischen/optischen Veränderungen kommt.<br /> <br /> '''Einfluss von Temperatur'''<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit spielt in einer Kaffeemaschine eine zentrale Rolle, hierbei werden folgende Punkte genauer betrachtet. Zuerst wird getestet, ob eine wiederholtes Erhitzen und abkühlen sich auf die Stabilität des Werkstoffes ausübt. Ebenso wird untersuchte wie sich die Festigkeit des Werkstoffes verhält einer definierten Temperaturen. Falls möglich werden die Temperaturbeständigkeit und Wasseraufnahme zusammen getestet, beispielsweise durch ein heißes Wasserbad, um eine realistisches Bild des Bauteilverhaltens in der Kaffeemaschine zu kriegen.<br /> <br /> '''Einfluss von Chemikalien'''<br /> <br /> Ein weiterer relevanter Einflussfaktor sind Chemikalien. Insbesondere Reinigungs- und Entkalkungschemikalien, die bei Kaffeemaschinen periodisch zum Einsatz kommen werden in Bezug auf Wirkung auf den Kunststoff untersucht. Hierfür wird das Bauteil über einen längeren Zeitraum in eine Lösung aus Wasser und Reinigungsmitteln gelegt. Anschließend wird es auf geometrische/optische Veränderungen überprüft. Zuletzt wird die Festigkeit analysiert, um mögliche Materialschäden oder Beeinträchtigungen der Festigkeit festzustellen.<br /> <br /> == Projektfortschritt ==<br /> <br /> In den ersten Wochen wurde intensive Recherche betrieben. Zuerst wurde das Material GreenTEC-Pro genauer untersucht. Hierfür standen einige Datenblätter zu Verfügung, die einen guten Einblick in die verschiedenen Eigenschaften des Materials geben. <br /> <br /> === Auswahl der Festigkeitsprüfverfahren ===<br /> <br /> Auch die geplanten Festigkeitsprüfungen wurden genauer betrachtet, insbesondere in den Punkten Durchführung und Grund ihrer Auswahl.<br /> <br /> '''Zugversuch''': zur Bestimmung von Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul <br /> <br /> '''Schlagbiegeversuch''': zur Bewertung von Schlagzähigkeit unter plötzlicher Belastung<br /> <br /> === Vermutungen in Bezug auf Einflüsse ===<br /> <br /> Eine Recherche der Einflüsse bei ähnlichen Kunststoffen wie PETG, lässt vermuten das die spezifischen Einflüsse folgende Resultate bringen werden:<br /> <br /> '''Wasseraufnahme''': Leichte Reduzierung der Festigkeit und Zähigkeit. GreenTEC-Pro wird als sehr Wasserresistent angeworben, weshalb nur geringe Änderungen zu vermuten sind.<br /> <br /> '''Temperatur''': Je höher die Temperatur steigt, desto stärker nehmen Steifigkeit und Layerhaftung ab. Speziell im Bereich der VICAT-grenze (160°C) ist mit einem deutlichen Verlust an Festigkeit und Formstabilität zu rechnen.<br /> <br /> '''Chemikalien''': Der Werkstoff ist laut Datenblatt insbesondere gegenüber starken Oxidationsmitteln wie Chlor anfällig. Bei der Exposition gegenüber solchen Chemikalien ist mit einer deutlichen Reduktion der Festigkeit sowie mit optischen Veränderungen (z.B. Verfärbungen, Mattierung der Oberfläche) zu rechnen.<br /> <br /> === Druck der ersten Prüfkörper ===<br /> <br /> In dieser Phase wurden erste Prüfkörper für die anstehenden mechanischen Tests vorbereitet (gesliced), um sie anschließend Drucken zu können.<br /> <br /> Die verwendeten Slicing-Parameter für die ersten Bauteile setzen sich aus '''100% Infill mit geradlinigem Füllmuster''', einer '''Layerhöhe von 0,1 mm''' und einer verwendeten '''Düsengröße von 0,4 mm''' bei dem '''Drucker Prusa MK4S''' zusammen. <br /> <br /> Der Fokus zu diesem Zeitpunkt liegt auf reine Materialeigenschaften, Geometrieanpassung folgen ggf. in späteren Schritten.<br /> <br /> Die zu erwartenden Festigkeitswerte orientieren sich an den Herstellerangaben im Datenblatt von GreenTEC-Pro [121] . Aufgrund des verwendeten FDM-Druckverfahrens sowie typischer Abweichungen (z. B. durch Layeraufbau und Inhomogenität) wird mit leicht reduzierten Werten gerechnet, besonders in Bezug auf ''Zugfestigkeit'' und ''Schlagzähigkeit''<br /> <br /> == Erste Laborversuche ==<br /> <br /> === Labor Einweisung und Drucken der Proben ===<br /> <br /> Zu Beginn der ersten Laborwoche erfolgte eine Einweisung in die Laborvorschriften sowie in die Bedienung der Maschinen, mit denen der Festigkeitsnachweis durchgeführt wird. Ebenso wurden die Prüfproben mittels 3D-Druck gefertigt, jeweils sechs Stück für die Zug- und Schlagbiegeprüfung.<br /> <br /> === Zugprüfung ===<br /> <br /> In der darauffolgenden Woche wurden die ersten Versuche durchgeführt. Ziel war es einerseits, die im Datenblatt angegebenen Materialeigenschaften zu verifizieren und andererseits eine Basis für weitere Versuche mit Einflüssen zu schaffen.<br /> <br /> Die sechs Zugprüfungen verliefen ohne große Komplikationen und es kam zu den in [Bild 1] gezeigten Werten. Die eingezeichneten Daten in ein Spannungs-Dehnungsdiagramm finden sich in [Bild 2], sowie eine detaillierte Gegenüberstellung der Daten aus der Laborarbeit und dem Datenblatt in [Tabelle 1].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;180&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Datensatz2.png|Bild 1: Zugversuchdaten der ersten Versuche, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Diagramm.png| Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm des Zugversuchs<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Tabelle 1:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Laborversuch !! Datenblatt !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || 4300 || ↓ ca. 12,3 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || 58 || ↓ ca. 30,2 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || 2,8 || ↓ ca. 27,9 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || 53 || ↓ ca. 39,6 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,5 || 3,4 || ≈ Gleich<br /> |}<br /> <br /> Es lässt sich feststellen, dass die meisten Messwerte im erwarteten Bereich liegen, jedoch etwas schlechter ausfallen als die Angaben im Datenblatt. Dies lässt sich auf mehrere Faktoren zurückführen: Zum einen schwankt die Qualität von 3D-Druckmaterialien und der Druckprozess selbst unterliegt gewissen Ungenauigkeiten. Zum anderen sind die im Datenblatt angegebenen Werte häufig optimistisch und repräsentieren die bestmöglichen Ergebnisse. Außerdem ist erneut zu erwähnen, dass die Datenblattwerte an Spritzgussteilen ermittelt wurden, während die hier repräsentierten Prüfungen mit 3D-gedruckten Bauteilen durchgeführt wurden.<br /> <br /> === Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Anschließend folgte die Schlagbiegeprüfung. Zunächst wurde ein 2 Joule-Hammer verwendet da der kleinstmögliche Hammer, der das Bauteil noch durchschlägt, die besten Werte liefert. Dieser durchschlug nahezu das gesamte Bauteil, lediglich die letzte Schicht blieb intakt. Daher wurde ein stärkerer 5 Joule-Hammer eingesetzt. Doch auch hier konnte die letzte Schicht nicht durchbrochen werden.<br /> Bei genauerer Analyse zeigte sich, dass es sich vermutlich um ein drucktechnisches Problem handelt. Eine alternative Druckmethode könnte dieses Verhalten möglicherweise verhindern. In realen Anwendungen stellt diese zusätzliche Schicht vermutlich keinen Nachteil dar, im Gegenteil, sie könnte stabilisierend wirken. Für standardisierte Festigkeitsprüfungen jedoch ist sie problematisch.<br /> <br /> Bildmaterial zur Schlagbiegeprüfung mit Scharnierbruch, siehe [Bild 3] und [Bild 4].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;150&quot;&gt;<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 1.jpg|Bild 3: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 2.jpg|Bild 4: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Die erarbeiteten Daten [Bild 5] aus dem Schlagbiegeversuch: <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch_Versuch1.png|mini|600px|zentriert| Bild 5: Schlagbiegeversuchdaten V1 der ersten Versuche, unbehandelt]]<br /> <br /> Hier ist ein bemerkenswerter Unterschied zwischen den beiden Messergebnissen zu erkennen, da es statt des erwarteten vollständigen Bruchs zu einem Scharnierbruch kam, vermutlich verursacht durch den Schichtaufbau beim 3D-Druck.<br /> Das Laborergebnis zeigte eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 14,3 kJ/m², während das Datenblatt von GreenTEC-Pro einen Wert von 4 kJ/m² angibt. Damit liegt der gemessene Wert deutlich höher als der Referenzwert, was sich vermutlich durch den unvollständigen Bruch und die damit verbundene zusätzliche Energieaufnahme erklären lässt.<br /> <br /> Es ist eine Wiederholung der Versuche mit veränderter Probenstruktur vorgesehen.<br /> <br /> === Angepasste Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Um die Schlagbiegeprüfung zuverlässiger auf das Bruchverhalten des verwendeten Materials abzustimmen, wurde das Prüfkörperdesign im Slicer gezielt angepasst. Ziel war es, einen vollständigen und sauberen Bruch an der Kerbe zu erzielen, statt eines untypischen Scharnierbruchs durch druckbedingte Verstärkungen in den oberen Schichten.<br /> <br /> Zu diesem Zweck wurden unter anderem folgende Änderungen vorgenommen:<br /> <br /> *Reduzierung der massiven Schicht an Ober-/Unterseite → Schichtdicke erwies sich als entscheidender Faktor für das Auftreten eines Scharnierbruchs<br /> *Bautteil um 180° gedreht → mit neuer Ausrichtung kann eine dickere Grundschicht beibehalten werden, ohne den Bruchverlauf negativ zu beeinflussen<br /> *Reduzierung des Füllgrades auf 70 % → Vermeidung übermäßiger Materialverdichtung und fördert ein Bruchverhalten<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 gesliced.png|mini|Bild 6: Schlagbiegeprobe V2 gesliced]]<br /> <br /> Die genauen Unterschiede finden sich hier:<br /> <br /> Tabelle 2:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Vorher !! Nachher<br /> |-<br /> | Ausrichtung der Probe || Kerbe nach oben || Kerbe nach unten<br /> |-<br /> | Top Layer Schichten || 8 Schichten || 1 Schicht<br /> |-<br /> | Top Layer Schalenstärke || 0,7 mm || 0,2 mm<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schichten || 7 Schichten || 2 Schichten<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schalenstärke || 0,4 mm || 0,5 mm<br /> |-<br /> | Perimeter || 0,3 mm || 0,1 mm<br /> |-<br /> | Infill || 100% || 70%<br /> |}<br /> <br /> == Zweiter Laborversuch ==<br /> <br /> === Erweiterung der Zugprüfung auf Z-Richtungsbelastung ===<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Hochkannt gesliced 33.png|mini|100px|rechts| Bild 7: Zugprobe Hochkannt gedruckt, gesliced]]<br /> <br /> In realen Anwendungen wirken mechanische Kräfte nie nur aus einer einzigen Richtung. Es treten meist Belastungen verteilt und gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen auf, wobei sie oft stark in bestimmte und vergleichsweise eher schwach in andere resultieren. Die bislang durchgeführten Zugversuche beschränkten sich auf flach gedruckte Proben, bei denen die Last hauptsächlich in der X- und Y-Richtung aufgenommen wird.<br /> <br /> Im weiteren Projektverlauf wurde daher beschlossen, zusätzlich auch hochkant (in Z-Richtung) gedruckte Zugproben [Bild 7] herzustellen und zu prüfen. Diese sollen gezielt die Schichtanhaftung sowie die mechanische Festigkeit in Z-Richtung untersuchen, da diese Richtung im 3D-Druckverfahren häufig eine Schwachstelle darstellt. Durch die Kombination beider Prüfrichtungen (XY und Z) entsteht ein ganzheitlicheres Bild der Materialeigenschaften unter realitätsnahen Belastungsbilder.<br /> <br /> === Versuchsergebnisse ===<br /> <br /> Nach dem ersten Versuch wurde deutlich, dass die Messergebnisse in ihrer aktuellen Form nur eingeschränkt aussagekräftig sind. Die Prüfteile versagten aufgrund der schwachen Schichthaftung in Z-Richtung sehr plötzlich, wodurch die Traverse der Zugprüfmaschine nicht weit genug fahren konnte um die Festigkeitsdaten des Bauteils zu erfassen. Aus diesem Grund wurde die nominelle Bruchdehnung (auch technische Bruchdehnung) ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt;, in die Datenerfassung aufgenommen. Sie ist zwar nicht so präzise wie die tatsächliche Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt;, da sie logarithmisch aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm errechnet wird, liefert aber eine gute Orientierung bezüglich des Dehnungsbereichs und reicht aus, um Vergleiche zwischen den Probenserien zu ermöglichen. Bei dem Vergleich der beiden Spannungs-Dehnungsdiagramme aus [Bild 2] und [Bild 9] ist dieser Unterschied ebenfalls eindeutig zu erkennen. Bei den Bauteilen die Hochkant gedruckt wurden, ist weder Spannung noch Dehnung ansatzweise so stark ausgeprägt wie bei den Flachgedruckten Bauteilen.<br /> <br /> Dies zeigt sich auch an der sehr niedrigen Bruchdehnung von lediglich 0,7 % bis 1,4 %, was auf ein ausgeprägt sprödes Versagensverhalten hinweist. Trotz dieser Einschränkungen sind die vorhandenen Ergebnisse keinesfalls wertlos, denn sie liefern eine grundlegende Referenz für spätere Versuche unter Einfluss von Umweltfaktoren und können als Vergleichsbasis zur qualitativen Bewertung herangezogen werden.<br /> <br /> Auffällig ist, dass die letzte Probe deutliche Abweichungen im Vergleich zu den ersten beiden aufweist. Diese Probe wurde mit einem neuen Filament gefertigt, wodurch geringe Unterschiede entstehen können. Wahrscheinlicher ist jedoch, dass die Daten sich unterscheiden weil ein Knoten im Filament vorlag, was die Druckqualität einzelner Bauteile negativ beeinflusst hat. Während sich dies bei den Zugproben kaum bemerkbar machte, war der Effekt bei einigen Schlagbiegeproben deutlich sichtbar, was sich auch in den späteren Prüfergebnissen widerspiegelt.<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Schlagbiegeversuch Versuch1 Z.png|Bild 8: Zugprüfungsergebnisse Z-Richtung, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche hochkannt diagramm.png|Bild 9: Spannungs-Dehnungsdiagramm für Zugprüfung Z-Richtung, unbehandelt <br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> == Wiederholung Schlagbiegeversuch ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau und Hintergrund ===<br /> <br /> Für die Wiederholung des Schlagbiegeversuchs wurde erneut ein Pendel mit einem 5 Joule-Hammer verwendet. Im Vergleich zum ersten Versuch kamen diesmal angepasste Proben zum Einsatz, die gezielt so konstruiert wurden, dass sie leichter versagen sollten. Ziel war es, den zuvor beobachteten Scharnierbruch zu vermeiden und stattdessen einen vollständigen Werkstoffbruch zu erreichen.<br /> <br /> Trotz dieser Anpassung trat jedoch erneut ein Scharnierbruch auf. Dies bestätigt die Annahme, dass sich 3D-gedruckte Bauteile, insbesondere im FDM-Verfahren, nur eingeschränkt für klassische Schlagbiegeversuche eignen. Der werkstofftypische Faseraufbau sorgt trotz des eher spröden GreenTEC-Pro Materials für eine erhöhte Elastizität und verhindert somit eine vollständige Trennung der Probe unter Schlagbelastung.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 10: Schlagbiegeversuchdaten V2, unbehandelt]]<br /> <br /> === Ergebnisse ===<br /> <br /> Die angepasste Schlagbiegeprobe hat im Vergleich zum ersten Versuch deutlich bessere Ergebnisse geliefert und nähert sich den im Datenblatt angegebenen Werten für die Kerbschlagzähigkeit an. Während im Datenblatt ein Wert von etwa 4 kJ/m² genannt wird, konnte im zweiten Versuch eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 9,95 kJ/m² [Bild 10] erreicht werden. Dies zeigt, dass die Modifikationen am Probenkörper eine Verbesserung bewirkt haben. Dennoch wurde der gewünschte vollständige Bruch erneut nicht erreicht – stattdessen trat wieder ein Scharnierbruch auf, was die typischen Schwächen von 3D-gedruckten Proben bei dieser Prüfart bestätigt.<br /> <br /> Trotz der Einschränkungen liefert der Versuch wichtige Erkenntnisse über die Energieaufnahme und das Verhalten der Proben unter schlagartiger Belastung. Die gewonnenen Daten sind aussagekräftig genug, um als Vergleichsbasis für die weiteren Versuchsreihen mit äußeren Einflüssen wie Wasser oder Chemikalien verwendet zu werden.<br /> <br /> == Fazit ==<br /> <br /> Die Versuche bestätigen insgesamt die Datenblatt-Tendenzen, zeigen jedoch eine Tendenz ins negative:<br /> <br /> Im Zugversuch (XY-Richtung) liegen die gemessenen Kennwerte etwa 10 – 40 % unter den Datenblattangaben für Spritzgussteile, was sich auf die abweichende Fertigungs­technik, optimistisch ausgewählten Werten und einer variierenden Druckerqualität zurückführen lässt.<br /> <br /> Im Zugversuch (Z-Richtung) fallen die Kennwerte erwartungsgemäß weit ab und unterstreichen, dass Orientierungs­wahl oder eine nachträgliche Verfestigung nötig sind, wenn Zuglasten quer zur Schicht auftreten.<br /> <br /> Beim Schlagbiegeversuch, liegt die ermittelte Kerbschlagzähigkeit zwar in einem akzeptablen Bereich, aber es fällt auf, dass FDM-gedruckte Proben für klassische Pendelschlag­verfahren nur bedingt geeignet sind. Der aus dem Schichtenaufbau resultierende Scharnierbruch verhindert einen sauberen, vollständig trennenden Bruch. Trotzdem liefern die Ergebnisse eine gute Vergleichsgrundlage, für spätere Bauteile mit Einflüssen.<br /> <br /> Diese Referenzwerte bilden die Grundlage, um in den folgenden Abschnitten die Einflüsse von Wasser, Temperatur und Chemikalien direkt mit den Ausgangsdaten zu vergleichen und zu bewerten.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Projektarbeit_Simon_Besl,_Matthias_Strohmeier,_Maximilian_Wimmer&diff=4632 2025-07-07T09:05:30Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer) */</p> <hr /> <div>&lt;htmltag tagname=&quot;img&quot; src=&quot;http://vg04.met.vgwort.de/na/01eb38e54a1640e4910af65aa621c0fc&quot; width=&quot;1&quot; height=&quot;1&quot; alt=&quot;&quot;&gt;&lt;/htmltag&gt;<br /> = Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =<br /> <br /> == Aufgabenanalyse ==<br /> <br /> ===Lasergravieren von Kunststofffolien Folien zur Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)===<br /> In diesem globalen Arbeitspaket wird die Bearbeitung von (PET-) Folien mittels Lasergravur sowie die anschließende Beschichtung von FDM-3D-Druckplatten mit diesen untersucht. Es werden verschiedene (PET-) Ausgangsfolien ausgewählt, die auf Druckplatten geklebt werden können. Diese dienen als Ausgangsmaterial. &lt;br&gt;<br /> <br /> Zunächst werden verschiedene Laserbearbeitungsverfahren in Verbindung mit PET-<br /> Folien recherchiert. Bei der Laserbearbeitung von Kunststofffolien sind häufig Parameter wie die Wellenlänge des Laserlichts, die Laserleistung oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit entscheidend für ein erfolgreiches Beschriftungsergebnis. Diese und möglicherweise weitere Parameter werden recherchiert, sortiert und anschließend getestet. Auch die Form und Komplexität der Gravur kann hierbei eine Rolle spielen und wird untersucht. &lt;br&gt;<br /> Zusätzlich stellt sich die Frage, wie lange eine solche Textur – beispielsweise eine Nummer oder ein Logo – über eine PET-Folie auf Bauteile aufgedruckt werden kann, bevor die Folie verschleißt. Das gesamte Vorgehen wird im ersten Schritt sorgfältig geplant und vorbereitet, da der Zugang zu einem Laserbeschrifter nicht jederzeit garantiert werden kann. Somit liegt der erste Fokus klar auf der Recherche, Planung und Vorbereitung der Versuche. Als zusätzliche Untersuchung kann das „GreenTec Pro“-Filament der Marke Extrudr auf direkte Lasergravur und -bearbeitung hin untersucht werden. Hierbei werden gedruckte Bauteile mit verschiedenen Laserparametern beschossen und anschließend ausgewertet.<br /> <br /> === Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern (Simon Besl) ===<br /> Im Rahmen dieses Arbeitspakets wird der Einfluss unterschiedlicher FDM-3D-Drucker auf die resultierende Oberflächenqualität von Druckteilen systematisch untersucht. Ziel ist es, Druckergebnisse hinsichtlich ihrer optischen und haptischen Qualität sowie geometrischen Maßhaltigkeit vergleichend zu analysieren.<br /> <br /> Dazu wird zunächst ein standardisiertes Testbauteil konstruiert, das gezielt typische Herausforderungen im FDM-Druck integriert – darunter Überhänge über 45°, filigrane Details sowie Flächen zur Bewertung von Textur und Layer-Bildung. Dieses Testobjekt dient als Referenzmodell für alle Druckversuche.<br /> <br /> Im Anschluss erfolgt der Druck des Testobjekts auf mehreren 3D-Druckern unterschiedlicher Hersteller unter möglichst einheitlichen Druckparametern. Zusätzlich wird der Einfluss verschiedener Slicer-Programme (z. B. Cura, PrusaSlicer, Orca) analysiert, indem identische Modelle mit jeweils softwaretypischen Standardprofilen gesliced und verglichen werden.<br /> <br /> Die gedruckten Bauteile werden in zwei Schritten ausgewertet:<br /> <br /> # '''Subjektive Analyse:''' In einem Blindtest beurteilen sowohl Laien als auch Projektteilnehmende die Oberflächenqualität der Druckteile hinsichtlich Gleichmäßigkeit, Schichtlinien und Haptik.<br /> # '''Objektive Analyse:''' Mittels Messmitteln (z. B. Bügelmessschraube) werden Maßhaltigkeit, Detailtreue sowie eventuelle Verzüge dokumentiert und gegenübergestellt.<br /> <br /> Als zusätzlicher Untersuchungsaspekt wird bei Bedarf der Einfluss unterschiedlicher Düsendicken auf die Oberflächenqualität und Druckgeschwindigkeit geprüft. Hierzu wird das Testobjekt mit unterschiedlichen Düsendicken gedruckt um zu prüfen, ob eine Steigerung der Druckgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Oberflächengüte möglich ist.<br /> <br /> ===Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer)===<br /> In diesem Arbeitspaket wird die mechanische Belastbarkeit von 3D-gedruckten Bauteilen einer Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die Eigenschaften unbehandelter Teile als auch ihr Verhalten unter Einflüssen wie Wasser, Temperatur und Chemikalien betrachtet. <br /> <br /> Dieses Arbeitspaket baut auf die Projektarbeit von Maximilian Beck, Luca Schmid, Andrei Zemba und Vincent Greinecker auf und knüpft unmittelbar an die im [http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/images/5/5a/20250212_Vincent_Greinecker_Uebergabeprotokoll.pdf Übergabekapitel unter Kapitel 4.2] festgehaltenen Vorgehensmöglichkeiten an.<br /> <br /> Zunächst erfolgen Laborversuche wie Zug- und Schlagbiegeprüfungen, um die Ergebnisse mit den Herstellerangaben zu vergleichen und Referenzwerte für spätere Tests zu gewinnen. Anschließend wird die Wasseraufnahme experimentell bestimmt, inklusive der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und mögliche optische oder geometrische Veränderungen.<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit wird zum einen durch einmaliges Erhitzen der Bauteile und anschließende mechanische Prüfungen ermittelt. Zum anderen untersuchen wir das Verhalten unter thermischen Zyklen, indem die Proben wiederholt in einem Wasserbad aufgeheizt und anschließend abgekühlt werden.<br /> <br /> Zudem wird die Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Reinigungs- und Entkalkungsmitteln untersucht, indem Bauteile über längere Zeit in entsprechenden Lösungen gelagert und anschließend analysiert werden.<br /> <br /> == Zielvereinbarung ==<br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets &quot;''Lasergravieren von (PET-) Folien zur Druckplattenbeschichtung''&quot; ist es, eine klare Dokumentation über alle relevanten Möglichkeiten und Parameter der Lasergravur von mit PET-Folien beschichteten Druckplatten sowie der direkten Laserbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen zu erstellen. Die Ergebnisse sollen klar nachvollziehbar und reproduzierbar sein. <br /> <br /> Zielsetzung des Arbeitspakets „''Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit''“ ist die genaue Analyse der Festigkeitseigenschaften des Kunststoffs GreenTec Pro im Vergleich zu den vom Hersteller angegebenen Werten. Ebenso sollen die Veränderungen der Materialeigenschaften unter typischen Einsatzbedingungen einer Kaffeemaschine, Einwirkung von Wasser, Temperatur und Chemikalien, untersucht werden. <br /> <br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets „''Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern''“ liegt in der systematischen Untersuchung des Einflusses verschiedener FDM-Drucker, Slicer-Software und Düsen auf die Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen. Dazu wird ein standardisiertes Testmodell entwickelt. Die Ergebnisse werden sowohl subjektiv (z. B. durch Blindtests) als auch objektiv (z. B. Maßanalyse, Verzugsmessung) bewertet. Ziel ist es, verlässliche Aussagen über den Zusammenhang zwischen Drucktechnik und Bauteilqualität zu treffen und diese in die Gesamtbewertung des Projekts einzubinden.<br /> <br /> == Besprechungsprotokolle ==<br /> [[FDM-Druck Startgespräch 27.03.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 25.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 09.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 23.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 06.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 20.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.07.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Abschlusspräsentation 25.07.2025]]<br /> <br /> == Arbeitspakete ==<br /> === Status ===<br /> 10 - Erfasst&lt;br&gt;<br /> 30 - in Bearbeitung&lt;br&gt;<br /> 50 - Lösung definiert&lt;br&gt;<br /> 70 - in Umsetzung&lt;br&gt;<br /> 90 - Umsetzung abgeschlossen&lt;br&gt;<br /> 99 - Abbruch per Beschluss (Dokumentation dazu erforderlich)&lt;br&gt;<br /> 100 - Maßnahme bestätigt&lt;br&gt;<br /> <br /> === ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck ===<br /> <br /> {| class=&quot;wikitable sortable&quot;<br /> |+ <br /> |-<br /> ! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV <br /> |-<br /> | 1 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 || <br /> |-<br /> | 2 || [[Slicer|Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 3 || [[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 4 || [[Festigkeit|Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 06.06.2025<br /> |-<br /> | 4.1 || [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.2 || [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.3 || [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 5 || [[Laserbeschriftung (PET-) Folien und anschließende Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)]] || Matthias Strohmeier || || 90 ||<br /> |-<br /> | 5.1 || [[Laserbeschriftung von Folien bzw. Druckplatten (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |-<br /> | 5.2 || [[Drucken der Bauteile auf zuvor gravierte Druckplatte (&quot;Prägedruck&quot;) (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |}</div>

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<p>Maximilian Wimmer: /* Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer) */</p> <hr /> <div>&lt;htmltag tagname=&quot;img&quot; src=&quot;http://vg04.met.vgwort.de/na/01eb38e54a1640e4910af65aa621c0fc&quot; width=&quot;1&quot; height=&quot;1&quot; alt=&quot;&quot;&gt;&lt;/htmltag&gt;<br /> = Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =<br /> <br /> == Aufgabenanalyse ==<br /> <br /> ===Lasergravieren von Kunststofffolien Folien zur Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)===<br /> In diesem globalen Arbeitspaket wird die Bearbeitung von (PET-) Folien mittels Lasergravur sowie die anschließende Beschichtung von FDM-3D-Druckplatten mit diesen untersucht. Es werden verschiedene (PET-) Ausgangsfolien ausgewählt, die auf Druckplatten geklebt werden können. Diese dienen als Ausgangsmaterial. &lt;br&gt;<br /> <br /> Zunächst werden verschiedene Laserbearbeitungsverfahren in Verbindung mit PET-<br /> Folien recherchiert. Bei der Laserbearbeitung von Kunststofffolien sind häufig Parameter wie die Wellenlänge des Laserlichts, die Laserleistung oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit entscheidend für ein erfolgreiches Beschriftungsergebnis. Diese und möglicherweise weitere Parameter werden recherchiert, sortiert und anschließend getestet. Auch die Form und Komplexität der Gravur kann hierbei eine Rolle spielen und wird untersucht. &lt;br&gt;<br /> Zusätzlich stellt sich die Frage, wie lange eine solche Textur – beispielsweise eine Nummer oder ein Logo – über eine PET-Folie auf Bauteile aufgedruckt werden kann, bevor die Folie verschleißt. Das gesamte Vorgehen wird im ersten Schritt sorgfältig geplant und vorbereitet, da der Zugang zu einem Laserbeschrifter nicht jederzeit garantiert werden kann. Somit liegt der erste Fokus klar auf der Recherche, Planung und Vorbereitung der Versuche. Als zusätzliche Untersuchung kann das „GreenTec Pro“-Filament der Marke Extrudr auf direkte Lasergravur und -bearbeitung hin untersucht werden. Hierbei werden gedruckte Bauteile mit verschiedenen Laserparametern beschossen und anschließend ausgewertet.<br /> <br /> === Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern (Simon Besl) ===<br /> Im Rahmen dieses Arbeitspakets wird der Einfluss unterschiedlicher FDM-3D-Drucker auf die resultierende Oberflächenqualität von Druckteilen systematisch untersucht. Ziel ist es, Druckergebnisse hinsichtlich ihrer optischen und haptischen Qualität sowie geometrischen Maßhaltigkeit vergleichend zu analysieren.<br /> <br /> Dazu wird zunächst ein standardisiertes Testbauteil konstruiert, das gezielt typische Herausforderungen im FDM-Druck integriert – darunter Überhänge über 45°, filigrane Details sowie Flächen zur Bewertung von Textur und Layer-Bildung. Dieses Testobjekt dient als Referenzmodell für alle Druckversuche.<br /> <br /> Im Anschluss erfolgt der Druck des Testobjekts auf mehreren 3D-Druckern unterschiedlicher Hersteller unter möglichst einheitlichen Druckparametern. Zusätzlich wird der Einfluss verschiedener Slicer-Programme (z. B. Cura, PrusaSlicer, Orca) analysiert, indem identische Modelle mit jeweils softwaretypischen Standardprofilen gesliced und verglichen werden.<br /> <br /> Die gedruckten Bauteile werden in zwei Schritten ausgewertet:<br /> <br /> # '''Subjektive Analyse:''' In einem Blindtest beurteilen sowohl Laien als auch Projektteilnehmende die Oberflächenqualität der Druckteile hinsichtlich Gleichmäßigkeit, Schichtlinien und Haptik.<br /> # '''Objektive Analyse:''' Mittels Messmitteln (z. B. Bügelmessschraube) werden Maßhaltigkeit, Detailtreue sowie eventuelle Verzüge dokumentiert und gegenübergestellt.<br /> <br /> Als zusätzlicher Untersuchungsaspekt wird bei Bedarf der Einfluss unterschiedlicher Düsendicken auf die Oberflächenqualität und Druckgeschwindigkeit geprüft. Hierzu wird das Testobjekt mit unterschiedlichen Düsendicken gedruckt um zu prüfen, ob eine Steigerung der Druckgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Oberflächengüte möglich ist.<br /> <br /> ===Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer)===<br /> In diesem Arbeitspaket wird die mechanische Belastbarkeit von 3D-gedruckten Bauteilen einer Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die Eigenschaften unbehandelter Teile als auch ihr Verhalten unter Einflüssen wie Wasser, Temperatur und Chemikalien betrachtet. <br /> <br /> Dieses Arbeitspaket baut auf die Projektarbeit von Maximilian Beck, Luca Schmid, Andrei Zemba und Vincent Greinecker auf und knüpft unmittelbar an das im [http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/images/5/5a/20250212_Vincent_Greinecker_Uebergabeprotokoll.pdf Übergabekapitel unter Kapitel 4.2] festgehaltene Vorgehen an.<br /> <br /> Zunächst erfolgen Laborversuche wie Zug- und Schlagbiegeprüfungen, um die Ergebnisse mit den Herstellerangaben zu vergleichen und Referenzwerte für spätere Tests zu gewinnen. Anschließend wird die Wasseraufnahme experimentell bestimmt, inklusive der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und mögliche optische oder geometrische Veränderungen.<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit wird zum einen durch einmaliges Erhitzen der Bauteile und anschließende mechanische Prüfungen ermittelt. Zum anderen untersuchen wir das Verhalten unter thermischen Zyklen, indem die Proben wiederholt in einem Wasserbad aufgeheizt und anschließend abgekühlt werden.<br /> <br /> Zudem wird die Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Reinigungs- und Entkalkungsmitteln untersucht, indem Bauteile über längere Zeit in entsprechenden Lösungen gelagert und anschließend analysiert werden.<br /> <br /> == Zielvereinbarung ==<br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets &quot;''Lasergravieren von (PET-) Folien zur Druckplattenbeschichtung''&quot; ist es, eine klare Dokumentation über alle relevanten Möglichkeiten und Parameter der Lasergravur von mit PET-Folien beschichteten Druckplatten sowie der direkten Laserbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen zu erstellen. Die Ergebnisse sollen klar nachvollziehbar und reproduzierbar sein. <br /> <br /> Zielsetzung des Arbeitspakets „''Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit''“ ist die genaue Analyse der Festigkeitseigenschaften des Kunststoffs GreenTec Pro im Vergleich zu den vom Hersteller angegebenen Werten. Ebenso sollen die Veränderungen der Materialeigenschaften unter typischen Einsatzbedingungen einer Kaffeemaschine, Einwirkung von Wasser, Temperatur und Chemikalien, untersucht werden. <br /> <br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets „''Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern''“ liegt in der systematischen Untersuchung des Einflusses verschiedener FDM-Drucker, Slicer-Software und Düsen auf die Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen. Dazu wird ein standardisiertes Testmodell entwickelt. Die Ergebnisse werden sowohl subjektiv (z. B. durch Blindtests) als auch objektiv (z. B. Maßanalyse, Verzugsmessung) bewertet. Ziel ist es, verlässliche Aussagen über den Zusammenhang zwischen Drucktechnik und Bauteilqualität zu treffen und diese in die Gesamtbewertung des Projekts einzubinden.<br /> <br /> == Besprechungsprotokolle ==<br /> [[FDM-Druck Startgespräch 27.03.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 25.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 09.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 23.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 06.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 20.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.07.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Abschlusspräsentation 25.07.2025]]<br /> <br /> == Arbeitspakete ==<br /> === Status ===<br /> 10 - Erfasst&lt;br&gt;<br /> 30 - in Bearbeitung&lt;br&gt;<br /> 50 - Lösung definiert&lt;br&gt;<br /> 70 - in Umsetzung&lt;br&gt;<br /> 90 - Umsetzung abgeschlossen&lt;br&gt;<br /> 99 - Abbruch per Beschluss (Dokumentation dazu erforderlich)&lt;br&gt;<br /> 100 - Maßnahme bestätigt&lt;br&gt;<br /> <br /> === ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck ===<br /> <br /> {| class=&quot;wikitable sortable&quot;<br /> |+ <br /> |-<br /> ! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV <br /> |-<br /> | 1 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 || <br /> |-<br /> | 2 || [[Slicer|Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 3 || [[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 4 || [[Festigkeit|Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 06.06.2025<br /> |-<br /> | 4.1 || [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.2 || [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.3 || [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 5 || [[Laserbeschriftung (PET-) Folien und anschließende Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)]] || Matthias Strohmeier || || 90 ||<br /> |-<br /> | 5.1 || [[Laserbeschriftung von Folien bzw. Druckplatten (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |-<br /> | 5.2 || [[Drucken der Bauteile auf zuvor gravierte Druckplatte (&quot;Prägedruck&quot;) (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |}</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Projektarbeit_Simon_Besl,_Matthias_Strohmeier,_Maximilian_Wimmer&diff=4630 2025-07-07T09:03:30Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer) */</p> <hr /> <div>&lt;htmltag tagname=&quot;img&quot; src=&quot;http://vg04.met.vgwort.de/na/01eb38e54a1640e4910af65aa621c0fc&quot; width=&quot;1&quot; height=&quot;1&quot; alt=&quot;&quot;&gt;&lt;/htmltag&gt;<br /> = Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =<br /> <br /> == Aufgabenanalyse ==<br /> <br /> ===Lasergravieren von Kunststofffolien Folien zur Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)===<br /> In diesem globalen Arbeitspaket wird die Bearbeitung von (PET-) Folien mittels Lasergravur sowie die anschließende Beschichtung von FDM-3D-Druckplatten mit diesen untersucht. Es werden verschiedene (PET-) Ausgangsfolien ausgewählt, die auf Druckplatten geklebt werden können. Diese dienen als Ausgangsmaterial. &lt;br&gt;<br /> <br /> Zunächst werden verschiedene Laserbearbeitungsverfahren in Verbindung mit PET-<br /> Folien recherchiert. Bei der Laserbearbeitung von Kunststofffolien sind häufig Parameter wie die Wellenlänge des Laserlichts, die Laserleistung oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit entscheidend für ein erfolgreiches Beschriftungsergebnis. Diese und möglicherweise weitere Parameter werden recherchiert, sortiert und anschließend getestet. Auch die Form und Komplexität der Gravur kann hierbei eine Rolle spielen und wird untersucht. &lt;br&gt;<br /> Zusätzlich stellt sich die Frage, wie lange eine solche Textur – beispielsweise eine Nummer oder ein Logo – über eine PET-Folie auf Bauteile aufgedruckt werden kann, bevor die Folie verschleißt. Das gesamte Vorgehen wird im ersten Schritt sorgfältig geplant und vorbereitet, da der Zugang zu einem Laserbeschrifter nicht jederzeit garantiert werden kann. Somit liegt der erste Fokus klar auf der Recherche, Planung und Vorbereitung der Versuche. Als zusätzliche Untersuchung kann das „GreenTec Pro“-Filament der Marke Extrudr auf direkte Lasergravur und -bearbeitung hin untersucht werden. Hierbei werden gedruckte Bauteile mit verschiedenen Laserparametern beschossen und anschließend ausgewertet.<br /> <br /> === Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern (Simon Besl) ===<br /> Im Rahmen dieses Arbeitspakets wird der Einfluss unterschiedlicher FDM-3D-Drucker auf die resultierende Oberflächenqualität von Druckteilen systematisch untersucht. Ziel ist es, Druckergebnisse hinsichtlich ihrer optischen und haptischen Qualität sowie geometrischen Maßhaltigkeit vergleichend zu analysieren.<br /> <br /> Dazu wird zunächst ein standardisiertes Testbauteil konstruiert, das gezielt typische Herausforderungen im FDM-Druck integriert – darunter Überhänge über 45°, filigrane Details sowie Flächen zur Bewertung von Textur und Layer-Bildung. Dieses Testobjekt dient als Referenzmodell für alle Druckversuche.<br /> <br /> Im Anschluss erfolgt der Druck des Testobjekts auf mehreren 3D-Druckern unterschiedlicher Hersteller unter möglichst einheitlichen Druckparametern. Zusätzlich wird der Einfluss verschiedener Slicer-Programme (z. B. Cura, PrusaSlicer, Orca) analysiert, indem identische Modelle mit jeweils softwaretypischen Standardprofilen gesliced und verglichen werden.<br /> <br /> Die gedruckten Bauteile werden in zwei Schritten ausgewertet:<br /> <br /> # '''Subjektive Analyse:''' In einem Blindtest beurteilen sowohl Laien als auch Projektteilnehmende die Oberflächenqualität der Druckteile hinsichtlich Gleichmäßigkeit, Schichtlinien und Haptik.<br /> # '''Objektive Analyse:''' Mittels Messmitteln (z. B. Bügelmessschraube) werden Maßhaltigkeit, Detailtreue sowie eventuelle Verzüge dokumentiert und gegenübergestellt.<br /> <br /> Als zusätzlicher Untersuchungsaspekt wird bei Bedarf der Einfluss unterschiedlicher Düsendicken auf die Oberflächenqualität und Druckgeschwindigkeit geprüft. Hierzu wird das Testobjekt mit unterschiedlichen Düsendicken gedruckt um zu prüfen, ob eine Steigerung der Druckgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Oberflächengüte möglich ist.<br /> <br /> ===Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer)===<br /> In diesem Arbeitspaket wird die mechanische Belastbarkeit von 3D-gedruckten Bauteilen einer Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die Eigenschaften unbehandelter Teile als auch ihr Verhalten unter Einflüssen wie Wasser, Temperatur und Chemikalien betrachtet. <br /> Dieses Arbeitspaket baut auf die Projektarbeit von Maximilian Beck, Luca Schmid, Andrei Zemba und Vincent Greinecker auf und knüpft unmittelbar an das im [http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/images/5/5a/20250212_Vincent_Greinecker_Uebergabeprotokoll.pdf Übergabekapitel unter Kapitel 4.2] festgehaltene Vorgehen an.<br /> <br /> Zunächst erfolgen Laborversuche wie Zug- und Schlagbiegeprüfungen, um die Ergebnisse mit den Herstellerangaben zu vergleichen und Referenzwerte für spätere Tests zu gewinnen. Anschließend wird die Wasseraufnahme experimentell bestimmt, inklusive der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und mögliche optische oder geometrische Veränderungen.<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit wird zum einen durch einmaliges Erhitzen der Bauteile und anschließende mechanische Prüfungen ermittelt. Zum anderen untersuchen wir das Verhalten unter thermischen Zyklen, indem die Proben wiederholt in einem Wasserbad aufgeheizt und anschließend abgekühlt werden.<br /> <br /> Zudem wird die Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Reinigungs- und Entkalkungsmitteln untersucht, indem Bauteile über längere Zeit in entsprechenden Lösungen gelagert und anschließend analysiert werden.<br /> <br /> == Zielvereinbarung ==<br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets &quot;''Lasergravieren von (PET-) Folien zur Druckplattenbeschichtung''&quot; ist es, eine klare Dokumentation über alle relevanten Möglichkeiten und Parameter der Lasergravur von mit PET-Folien beschichteten Druckplatten sowie der direkten Laserbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen zu erstellen. Die Ergebnisse sollen klar nachvollziehbar und reproduzierbar sein. <br /> <br /> Zielsetzung des Arbeitspakets „''Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit''“ ist die genaue Analyse der Festigkeitseigenschaften des Kunststoffs GreenTec Pro im Vergleich zu den vom Hersteller angegebenen Werten. Ebenso sollen die Veränderungen der Materialeigenschaften unter typischen Einsatzbedingungen einer Kaffeemaschine, Einwirkung von Wasser, Temperatur und Chemikalien, untersucht werden. <br /> <br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets „''Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern''“ liegt in der systematischen Untersuchung des Einflusses verschiedener FDM-Drucker, Slicer-Software und Düsen auf die Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen. Dazu wird ein standardisiertes Testmodell entwickelt. Die Ergebnisse werden sowohl subjektiv (z. B. durch Blindtests) als auch objektiv (z. B. Maßanalyse, Verzugsmessung) bewertet. Ziel ist es, verlässliche Aussagen über den Zusammenhang zwischen Drucktechnik und Bauteilqualität zu treffen und diese in die Gesamtbewertung des Projekts einzubinden.<br /> <br /> == Besprechungsprotokolle ==<br /> [[FDM-Druck Startgespräch 27.03.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 25.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 09.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 23.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 06.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 20.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.07.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Abschlusspräsentation 25.07.2025]]<br /> <br /> == Arbeitspakete ==<br /> === Status ===<br /> 10 - Erfasst&lt;br&gt;<br /> 30 - in Bearbeitung&lt;br&gt;<br /> 50 - Lösung definiert&lt;br&gt;<br /> 70 - in Umsetzung&lt;br&gt;<br /> 90 - Umsetzung abgeschlossen&lt;br&gt;<br /> 99 - Abbruch per Beschluss (Dokumentation dazu erforderlich)&lt;br&gt;<br /> 100 - Maßnahme bestätigt&lt;br&gt;<br /> <br /> === ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck ===<br /> <br /> {| class=&quot;wikitable sortable&quot;<br /> |+ <br /> |-<br /> ! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV <br /> |-<br /> | 1 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 || <br /> |-<br /> | 2 || [[Slicer|Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 3 || [[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 4 || [[Festigkeit|Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 06.06.2025<br /> |-<br /> | 4.1 || [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.2 || [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.3 || [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 5 || [[Laserbeschriftung (PET-) Folien und anschließende Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)]] || Matthias Strohmeier || || 90 ||<br /> |-<br /> | 5.1 || [[Laserbeschriftung von Folien bzw. Druckplatten (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |-<br /> | 5.2 || [[Drucken der Bauteile auf zuvor gravierte Druckplatte (&quot;Prägedruck&quot;) (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |}</div>

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<p>Maximilian Wimmer: /* Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer) */</p> <hr /> <div>&lt;htmltag tagname=&quot;img&quot; src=&quot;http://vg04.met.vgwort.de/na/01eb38e54a1640e4910af65aa621c0fc&quot; width=&quot;1&quot; height=&quot;1&quot; alt=&quot;&quot;&gt;&lt;/htmltag&gt;<br /> = Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =<br /> <br /> == Aufgabenanalyse ==<br /> <br /> ===Lasergravieren von Kunststofffolien Folien zur Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)===<br /> In diesem globalen Arbeitspaket wird die Bearbeitung von (PET-) Folien mittels Lasergravur sowie die anschließende Beschichtung von FDM-3D-Druckplatten mit diesen untersucht. Es werden verschiedene (PET-) Ausgangsfolien ausgewählt, die auf Druckplatten geklebt werden können. Diese dienen als Ausgangsmaterial. &lt;br&gt;<br /> <br /> Zunächst werden verschiedene Laserbearbeitungsverfahren in Verbindung mit PET-<br /> Folien recherchiert. Bei der Laserbearbeitung von Kunststofffolien sind häufig Parameter wie die Wellenlänge des Laserlichts, die Laserleistung oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit entscheidend für ein erfolgreiches Beschriftungsergebnis. Diese und möglicherweise weitere Parameter werden recherchiert, sortiert und anschließend getestet. Auch die Form und Komplexität der Gravur kann hierbei eine Rolle spielen und wird untersucht. &lt;br&gt;<br /> Zusätzlich stellt sich die Frage, wie lange eine solche Textur – beispielsweise eine Nummer oder ein Logo – über eine PET-Folie auf Bauteile aufgedruckt werden kann, bevor die Folie verschleißt. Das gesamte Vorgehen wird im ersten Schritt sorgfältig geplant und vorbereitet, da der Zugang zu einem Laserbeschrifter nicht jederzeit garantiert werden kann. Somit liegt der erste Fokus klar auf der Recherche, Planung und Vorbereitung der Versuche. Als zusätzliche Untersuchung kann das „GreenTec Pro“-Filament der Marke Extrudr auf direkte Lasergravur und -bearbeitung hin untersucht werden. Hierbei werden gedruckte Bauteile mit verschiedenen Laserparametern beschossen und anschließend ausgewertet.<br /> <br /> === Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern (Simon Besl) ===<br /> Im Rahmen dieses Arbeitspakets wird der Einfluss unterschiedlicher FDM-3D-Drucker auf die resultierende Oberflächenqualität von Druckteilen systematisch untersucht. Ziel ist es, Druckergebnisse hinsichtlich ihrer optischen und haptischen Qualität sowie geometrischen Maßhaltigkeit vergleichend zu analysieren.<br /> <br /> Dazu wird zunächst ein standardisiertes Testbauteil konstruiert, das gezielt typische Herausforderungen im FDM-Druck integriert – darunter Überhänge über 45°, filigrane Details sowie Flächen zur Bewertung von Textur und Layer-Bildung. Dieses Testobjekt dient als Referenzmodell für alle Druckversuche.<br /> <br /> Im Anschluss erfolgt der Druck des Testobjekts auf mehreren 3D-Druckern unterschiedlicher Hersteller unter möglichst einheitlichen Druckparametern. Zusätzlich wird der Einfluss verschiedener Slicer-Programme (z. B. Cura, PrusaSlicer, Orca) analysiert, indem identische Modelle mit jeweils softwaretypischen Standardprofilen gesliced und verglichen werden.<br /> <br /> Die gedruckten Bauteile werden in zwei Schritten ausgewertet:<br /> <br /> # '''Subjektive Analyse:''' In einem Blindtest beurteilen sowohl Laien als auch Projektteilnehmende die Oberflächenqualität der Druckteile hinsichtlich Gleichmäßigkeit, Schichtlinien und Haptik.<br /> # '''Objektive Analyse:''' Mittels Messmitteln (z. B. Bügelmessschraube) werden Maßhaltigkeit, Detailtreue sowie eventuelle Verzüge dokumentiert und gegenübergestellt.<br /> <br /> Als zusätzlicher Untersuchungsaspekt wird bei Bedarf der Einfluss unterschiedlicher Düsendicken auf die Oberflächenqualität und Druckgeschwindigkeit geprüft. Hierzu wird das Testobjekt mit unterschiedlichen Düsendicken gedruckt um zu prüfen, ob eine Steigerung der Druckgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Oberflächengüte möglich ist.<br /> <br /> ===Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer)===<br /> In diesem Arbeitspaket wird die mechanische Belastbarkeit von 3D-gedruckten Bauteilen einer Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die Eigenschaften unbehandelter Teile als auch ihr Verhalten unter Einflüssen wie Wasser, Temperatur und Chemikalien betrachtet. <br /> Dieses Arbeitspaket baut auf die Projektarbeit von Maximilian Beck, Luca Schmid, Andrei Zemba und Vincent Greinecker auf und knüpft unmittelbar an das im Übergabekapitel unter Kapitel 4.2 festgehaltene Vorgehen an &lt;ref&gt;179&lt;/ref&gt;.<br /> <br /> Zunächst erfolgen Laborversuche wie Zug- und Schlagbiegeprüfungen, um die Ergebnisse mit den Herstellerangaben zu vergleichen und Referenzwerte für spätere Tests zu gewinnen. Anschließend wird die Wasseraufnahme experimentell bestimmt, inklusive der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und mögliche optische oder geometrische Veränderungen.<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit wird zum einen durch einmaliges Erhitzen der Bauteile und anschließende mechanische Prüfungen ermittelt. Zum anderen untersuchen wir das Verhalten unter thermischen Zyklen, indem die Proben wiederholt in einem Wasserbad aufgeheizt und anschließend abgekühlt werden.<br /> <br /> Zudem wird die Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Reinigungs- und Entkalkungsmitteln untersucht, indem Bauteile über längere Zeit in entsprechenden Lösungen gelagert und anschließend analysiert werden.<br /> <br /> == Zielvereinbarung ==<br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets &quot;''Lasergravieren von (PET-) Folien zur Druckplattenbeschichtung''&quot; ist es, eine klare Dokumentation über alle relevanten Möglichkeiten und Parameter der Lasergravur von mit PET-Folien beschichteten Druckplatten sowie der direkten Laserbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen zu erstellen. Die Ergebnisse sollen klar nachvollziehbar und reproduzierbar sein. <br /> <br /> Zielsetzung des Arbeitspakets „''Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit''“ ist die genaue Analyse der Festigkeitseigenschaften des Kunststoffs GreenTec Pro im Vergleich zu den vom Hersteller angegebenen Werten. Ebenso sollen die Veränderungen der Materialeigenschaften unter typischen Einsatzbedingungen einer Kaffeemaschine, Einwirkung von Wasser, Temperatur und Chemikalien, untersucht werden. <br /> <br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets „''Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern''“ liegt in der systematischen Untersuchung des Einflusses verschiedener FDM-Drucker, Slicer-Software und Düsen auf die Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen. Dazu wird ein standardisiertes Testmodell entwickelt. Die Ergebnisse werden sowohl subjektiv (z. B. durch Blindtests) als auch objektiv (z. B. Maßanalyse, Verzugsmessung) bewertet. Ziel ist es, verlässliche Aussagen über den Zusammenhang zwischen Drucktechnik und Bauteilqualität zu treffen und diese in die Gesamtbewertung des Projekts einzubinden.<br /> <br /> == Besprechungsprotokolle ==<br /> [[FDM-Druck Startgespräch 27.03.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 25.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 09.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 23.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 06.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 20.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.07.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Abschlusspräsentation 25.07.2025]]<br /> <br /> == Arbeitspakete ==<br /> === Status ===<br /> 10 - Erfasst&lt;br&gt;<br /> 30 - in Bearbeitung&lt;br&gt;<br /> 50 - Lösung definiert&lt;br&gt;<br /> 70 - in Umsetzung&lt;br&gt;<br /> 90 - Umsetzung abgeschlossen&lt;br&gt;<br /> 99 - Abbruch per Beschluss (Dokumentation dazu erforderlich)&lt;br&gt;<br /> 100 - Maßnahme bestätigt&lt;br&gt;<br /> <br /> === ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck ===<br /> <br /> {| class=&quot;wikitable sortable&quot;<br /> |+ <br /> |-<br /> ! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV <br /> |-<br /> | 1 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 || <br /> |-<br /> | 2 || [[Slicer|Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 3 || [[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 4 || [[Festigkeit|Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 06.06.2025<br /> |-<br /> | 4.1 || [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.2 || [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.3 || [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 5 || [[Laserbeschriftung (PET-) Folien und anschließende Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)]] || Matthias Strohmeier || || 90 ||<br /> |-<br /> | 5.1 || [[Laserbeschriftung von Folien bzw. Druckplatten (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |-<br /> | 5.2 || [[Drucken der Bauteile auf zuvor gravierte Druckplatte (&quot;Prägedruck&quot;) (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |}</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Projektarbeit_Simon_Besl,_Matthias_Strohmeier,_Maximilian_Wimmer&diff=4628 2025-07-07T09:00:29Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer) */</p> <hr /> <div>&lt;htmltag tagname=&quot;img&quot; src=&quot;http://vg04.met.vgwort.de/na/01eb38e54a1640e4910af65aa621c0fc&quot; width=&quot;1&quot; height=&quot;1&quot; alt=&quot;&quot;&gt;&lt;/htmltag&gt;<br /> = Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =<br /> <br /> == Aufgabenanalyse ==<br /> <br /> ===Lasergravieren von Kunststofffolien Folien zur Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)===<br /> In diesem globalen Arbeitspaket wird die Bearbeitung von (PET-) Folien mittels Lasergravur sowie die anschließende Beschichtung von FDM-3D-Druckplatten mit diesen untersucht. Es werden verschiedene (PET-) Ausgangsfolien ausgewählt, die auf Druckplatten geklebt werden können. Diese dienen als Ausgangsmaterial. &lt;br&gt;<br /> <br /> Zunächst werden verschiedene Laserbearbeitungsverfahren in Verbindung mit PET-<br /> Folien recherchiert. Bei der Laserbearbeitung von Kunststofffolien sind häufig Parameter wie die Wellenlänge des Laserlichts, die Laserleistung oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit entscheidend für ein erfolgreiches Beschriftungsergebnis. Diese und möglicherweise weitere Parameter werden recherchiert, sortiert und anschließend getestet. Auch die Form und Komplexität der Gravur kann hierbei eine Rolle spielen und wird untersucht. &lt;br&gt;<br /> Zusätzlich stellt sich die Frage, wie lange eine solche Textur – beispielsweise eine Nummer oder ein Logo – über eine PET-Folie auf Bauteile aufgedruckt werden kann, bevor die Folie verschleißt. Das gesamte Vorgehen wird im ersten Schritt sorgfältig geplant und vorbereitet, da der Zugang zu einem Laserbeschrifter nicht jederzeit garantiert werden kann. Somit liegt der erste Fokus klar auf der Recherche, Planung und Vorbereitung der Versuche. Als zusätzliche Untersuchung kann das „GreenTec Pro“-Filament der Marke Extrudr auf direkte Lasergravur und -bearbeitung hin untersucht werden. Hierbei werden gedruckte Bauteile mit verschiedenen Laserparametern beschossen und anschließend ausgewertet.<br /> <br /> === Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern (Simon Besl) ===<br /> Im Rahmen dieses Arbeitspakets wird der Einfluss unterschiedlicher FDM-3D-Drucker auf die resultierende Oberflächenqualität von Druckteilen systematisch untersucht. Ziel ist es, Druckergebnisse hinsichtlich ihrer optischen und haptischen Qualität sowie geometrischen Maßhaltigkeit vergleichend zu analysieren.<br /> <br /> Dazu wird zunächst ein standardisiertes Testbauteil konstruiert, das gezielt typische Herausforderungen im FDM-Druck integriert – darunter Überhänge über 45°, filigrane Details sowie Flächen zur Bewertung von Textur und Layer-Bildung. Dieses Testobjekt dient als Referenzmodell für alle Druckversuche.<br /> <br /> Im Anschluss erfolgt der Druck des Testobjekts auf mehreren 3D-Druckern unterschiedlicher Hersteller unter möglichst einheitlichen Druckparametern. Zusätzlich wird der Einfluss verschiedener Slicer-Programme (z. B. Cura, PrusaSlicer, Orca) analysiert, indem identische Modelle mit jeweils softwaretypischen Standardprofilen gesliced und verglichen werden.<br /> <br /> Die gedruckten Bauteile werden in zwei Schritten ausgewertet:<br /> <br /> # '''Subjektive Analyse:''' In einem Blindtest beurteilen sowohl Laien als auch Projektteilnehmende die Oberflächenqualität der Druckteile hinsichtlich Gleichmäßigkeit, Schichtlinien und Haptik.<br /> # '''Objektive Analyse:''' Mittels Messmitteln (z. B. Bügelmessschraube) werden Maßhaltigkeit, Detailtreue sowie eventuelle Verzüge dokumentiert und gegenübergestellt.<br /> <br /> Als zusätzlicher Untersuchungsaspekt wird bei Bedarf der Einfluss unterschiedlicher Düsendicken auf die Oberflächenqualität und Druckgeschwindigkeit geprüft. Hierzu wird das Testobjekt mit unterschiedlichen Düsendicken gedruckt um zu prüfen, ob eine Steigerung der Druckgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Oberflächengüte möglich ist.<br /> <br /> ===Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer)===<br /> In diesem Arbeitspaket wird die mechanische Belastbarkeit von 3D-gedruckten Bauteilen einer Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die Eigenschaften unbehandelter Teile als auch ihr Verhalten unter Einflüssen wie Wasser, Temperatur und Chemikalien betrachtet. <br /> Dieses Arbeitspaket baut auf die Projektarbeit von Maximilian Beck, Luca Schmid, Andrei Zemba und Vincent Greinecker auf und knüpft unmittelbar an das im [[Datei:20250212 Vincent Greinecker Uebergabeprotokoll.pdf|H]] unter Kapitel 4.2 festgehaltene Vorgehen an.<br /> <br /> Zunächst erfolgen Laborversuche wie Zug- und Schlagbiegeprüfungen, um die Ergebnisse mit den Herstellerangaben zu vergleichen und Referenzwerte für spätere Tests zu gewinnen. Anschließend wird die Wasseraufnahme experimentell bestimmt, inklusive der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und mögliche optische oder geometrische Veränderungen.<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit wird zum einen durch einmaliges Erhitzen der Bauteile und anschließende mechanische Prüfungen ermittelt. Zum anderen untersuchen wir das Verhalten unter thermischen Zyklen, indem die Proben wiederholt in einem Wasserbad aufgeheizt und anschließend abgekühlt werden.<br /> <br /> Zudem wird die Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Reinigungs- und Entkalkungsmitteln untersucht, indem Bauteile über längere Zeit in entsprechenden Lösungen gelagert und anschließend analysiert werden.<br /> <br /> == Zielvereinbarung ==<br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets &quot;''Lasergravieren von (PET-) Folien zur Druckplattenbeschichtung''&quot; ist es, eine klare Dokumentation über alle relevanten Möglichkeiten und Parameter der Lasergravur von mit PET-Folien beschichteten Druckplatten sowie der direkten Laserbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen zu erstellen. Die Ergebnisse sollen klar nachvollziehbar und reproduzierbar sein. <br /> <br /> Zielsetzung des Arbeitspakets „''Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit''“ ist die genaue Analyse der Festigkeitseigenschaften des Kunststoffs GreenTec Pro im Vergleich zu den vom Hersteller angegebenen Werten. Ebenso sollen die Veränderungen der Materialeigenschaften unter typischen Einsatzbedingungen einer Kaffeemaschine, Einwirkung von Wasser, Temperatur und Chemikalien, untersucht werden. <br /> <br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets „''Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern''“ liegt in der systematischen Untersuchung des Einflusses verschiedener FDM-Drucker, Slicer-Software und Düsen auf die Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen. Dazu wird ein standardisiertes Testmodell entwickelt. Die Ergebnisse werden sowohl subjektiv (z. B. durch Blindtests) als auch objektiv (z. B. Maßanalyse, Verzugsmessung) bewertet. Ziel ist es, verlässliche Aussagen über den Zusammenhang zwischen Drucktechnik und Bauteilqualität zu treffen und diese in die Gesamtbewertung des Projekts einzubinden.<br /> <br /> == Besprechungsprotokolle ==<br /> [[FDM-Druck Startgespräch 27.03.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 25.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 09.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 23.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 06.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 20.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.07.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Abschlusspräsentation 25.07.2025]]<br /> <br /> == Arbeitspakete ==<br /> === Status ===<br /> 10 - Erfasst&lt;br&gt;<br /> 30 - in Bearbeitung&lt;br&gt;<br /> 50 - Lösung definiert&lt;br&gt;<br /> 70 - in Umsetzung&lt;br&gt;<br /> 90 - Umsetzung abgeschlossen&lt;br&gt;<br /> 99 - Abbruch per Beschluss (Dokumentation dazu erforderlich)&lt;br&gt;<br /> 100 - Maßnahme bestätigt&lt;br&gt;<br /> <br /> === ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck ===<br /> <br /> {| class=&quot;wikitable sortable&quot;<br /> |+ <br /> |-<br /> ! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV <br /> |-<br /> | 1 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 || <br /> |-<br /> | 2 || [[Slicer|Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 3 || [[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 4 || [[Festigkeit|Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 06.06.2025<br /> |-<br /> | 4.1 || [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.2 || [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.3 || [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 5 || [[Laserbeschriftung (PET-) Folien und anschließende Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)]] || Matthias Strohmeier || || 90 ||<br /> |-<br /> | 5.1 || [[Laserbeschriftung von Folien bzw. Druckplatten (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |-<br /> | 5.2 || [[Drucken der Bauteile auf zuvor gravierte Druckplatte (&quot;Prägedruck&quot;) (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |}</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Projektarbeit_Simon_Besl,_Matthias_Strohmeier,_Maximilian_Wimmer&diff=4627 2025-07-07T08:59:14Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer) */</p> <hr /> <div>&lt;htmltag tagname=&quot;img&quot; src=&quot;http://vg04.met.vgwort.de/na/01eb38e54a1640e4910af65aa621c0fc&quot; width=&quot;1&quot; height=&quot;1&quot; alt=&quot;&quot;&gt;&lt;/htmltag&gt;<br /> = Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =<br /> <br /> == Aufgabenanalyse ==<br /> <br /> ===Lasergravieren von Kunststofffolien Folien zur Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)===<br /> In diesem globalen Arbeitspaket wird die Bearbeitung von (PET-) Folien mittels Lasergravur sowie die anschließende Beschichtung von FDM-3D-Druckplatten mit diesen untersucht. Es werden verschiedene (PET-) Ausgangsfolien ausgewählt, die auf Druckplatten geklebt werden können. Diese dienen als Ausgangsmaterial. &lt;br&gt;<br /> <br /> Zunächst werden verschiedene Laserbearbeitungsverfahren in Verbindung mit PET-<br /> Folien recherchiert. Bei der Laserbearbeitung von Kunststofffolien sind häufig Parameter wie die Wellenlänge des Laserlichts, die Laserleistung oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit entscheidend für ein erfolgreiches Beschriftungsergebnis. Diese und möglicherweise weitere Parameter werden recherchiert, sortiert und anschließend getestet. Auch die Form und Komplexität der Gravur kann hierbei eine Rolle spielen und wird untersucht. &lt;br&gt;<br /> Zusätzlich stellt sich die Frage, wie lange eine solche Textur – beispielsweise eine Nummer oder ein Logo – über eine PET-Folie auf Bauteile aufgedruckt werden kann, bevor die Folie verschleißt. Das gesamte Vorgehen wird im ersten Schritt sorgfältig geplant und vorbereitet, da der Zugang zu einem Laserbeschrifter nicht jederzeit garantiert werden kann. Somit liegt der erste Fokus klar auf der Recherche, Planung und Vorbereitung der Versuche. Als zusätzliche Untersuchung kann das „GreenTec Pro“-Filament der Marke Extrudr auf direkte Lasergravur und -bearbeitung hin untersucht werden. Hierbei werden gedruckte Bauteile mit verschiedenen Laserparametern beschossen und anschließend ausgewertet.<br /> <br /> === Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern (Simon Besl) ===<br /> Im Rahmen dieses Arbeitspakets wird der Einfluss unterschiedlicher FDM-3D-Drucker auf die resultierende Oberflächenqualität von Druckteilen systematisch untersucht. Ziel ist es, Druckergebnisse hinsichtlich ihrer optischen und haptischen Qualität sowie geometrischen Maßhaltigkeit vergleichend zu analysieren.<br /> <br /> Dazu wird zunächst ein standardisiertes Testbauteil konstruiert, das gezielt typische Herausforderungen im FDM-Druck integriert – darunter Überhänge über 45°, filigrane Details sowie Flächen zur Bewertung von Textur und Layer-Bildung. Dieses Testobjekt dient als Referenzmodell für alle Druckversuche.<br /> <br /> Im Anschluss erfolgt der Druck des Testobjekts auf mehreren 3D-Druckern unterschiedlicher Hersteller unter möglichst einheitlichen Druckparametern. Zusätzlich wird der Einfluss verschiedener Slicer-Programme (z. B. Cura, PrusaSlicer, Orca) analysiert, indem identische Modelle mit jeweils softwaretypischen Standardprofilen gesliced und verglichen werden.<br /> <br /> Die gedruckten Bauteile werden in zwei Schritten ausgewertet:<br /> <br /> # '''Subjektive Analyse:''' In einem Blindtest beurteilen sowohl Laien als auch Projektteilnehmende die Oberflächenqualität der Druckteile hinsichtlich Gleichmäßigkeit, Schichtlinien und Haptik.<br /> # '''Objektive Analyse:''' Mittels Messmitteln (z. B. Bügelmessschraube) werden Maßhaltigkeit, Detailtreue sowie eventuelle Verzüge dokumentiert und gegenübergestellt.<br /> <br /> Als zusätzlicher Untersuchungsaspekt wird bei Bedarf der Einfluss unterschiedlicher Düsendicken auf die Oberflächenqualität und Druckgeschwindigkeit geprüft. Hierzu wird das Testobjekt mit unterschiedlichen Düsendicken gedruckt um zu prüfen, ob eine Steigerung der Druckgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Oberflächengüte möglich ist.<br /> <br /> ===Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer)===<br /> In diesem Arbeitspaket wird die mechanische Belastbarkeit von 3D-gedruckten Bauteilen einer Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die Eigenschaften unbehandelter Teile als auch ihr Verhalten unter Einflüssen wie Wasser, Temperatur und Chemikalien betrachtet. <br /> Dieses Arbeitspaket baut auf die Projektarbeit von Maximilian Beck, Luca Schmid, Andrei Zemba und Vincent Greinecker auf und knüpft unmittelbar an das im [[Datei:20250212 Vincent Greinecker Uebergabeprotokoll.pdf|Uebergabeprotokoll]] unter Kapitel 4.2 festgehaltene Vorgehen an.<br /> <br /> Zunächst erfolgen Laborversuche wie Zug- und Schlagbiegeprüfungen, um die Ergebnisse mit den Herstellerangaben zu vergleichen und Referenzwerte für spätere Tests zu gewinnen. Anschließend wird die Wasseraufnahme experimentell bestimmt, inklusive der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und mögliche optische oder geometrische Veränderungen.<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit wird zum einen durch einmaliges Erhitzen der Bauteile und anschließende mechanische Prüfungen ermittelt. Zum anderen untersuchen wir das Verhalten unter thermischen Zyklen, indem die Proben wiederholt in einem Wasserbad aufgeheizt und anschließend abgekühlt werden.<br /> <br /> Zudem wird die Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Reinigungs- und Entkalkungsmitteln untersucht, indem Bauteile über längere Zeit in entsprechenden Lösungen gelagert und anschließend analysiert werden.<br /> <br /> == Zielvereinbarung ==<br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets &quot;''Lasergravieren von (PET-) Folien zur Druckplattenbeschichtung''&quot; ist es, eine klare Dokumentation über alle relevanten Möglichkeiten und Parameter der Lasergravur von mit PET-Folien beschichteten Druckplatten sowie der direkten Laserbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen zu erstellen. Die Ergebnisse sollen klar nachvollziehbar und reproduzierbar sein. <br /> <br /> Zielsetzung des Arbeitspakets „''Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit''“ ist die genaue Analyse der Festigkeitseigenschaften des Kunststoffs GreenTec Pro im Vergleich zu den vom Hersteller angegebenen Werten. Ebenso sollen die Veränderungen der Materialeigenschaften unter typischen Einsatzbedingungen einer Kaffeemaschine, Einwirkung von Wasser, Temperatur und Chemikalien, untersucht werden. <br /> <br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets „''Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern''“ liegt in der systematischen Untersuchung des Einflusses verschiedener FDM-Drucker, Slicer-Software und Düsen auf die Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen. Dazu wird ein standardisiertes Testmodell entwickelt. Die Ergebnisse werden sowohl subjektiv (z. B. durch Blindtests) als auch objektiv (z. B. Maßanalyse, Verzugsmessung) bewertet. Ziel ist es, verlässliche Aussagen über den Zusammenhang zwischen Drucktechnik und Bauteilqualität zu treffen und diese in die Gesamtbewertung des Projekts einzubinden.<br /> <br /> == Besprechungsprotokolle ==<br /> [[FDM-Druck Startgespräch 27.03.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 25.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 09.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 23.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 06.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 20.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.07.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Abschlusspräsentation 25.07.2025]]<br /> <br /> == Arbeitspakete ==<br /> === Status ===<br /> 10 - Erfasst&lt;br&gt;<br /> 30 - in Bearbeitung&lt;br&gt;<br /> 50 - Lösung definiert&lt;br&gt;<br /> 70 - in Umsetzung&lt;br&gt;<br /> 90 - Umsetzung abgeschlossen&lt;br&gt;<br /> 99 - Abbruch per Beschluss (Dokumentation dazu erforderlich)&lt;br&gt;<br /> 100 - Maßnahme bestätigt&lt;br&gt;<br /> <br /> === ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck ===<br /> <br /> {| class=&quot;wikitable sortable&quot;<br /> |+ <br /> |-<br /> ! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV <br /> |-<br /> | 1 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 || <br /> |-<br /> | 2 || [[Slicer|Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 3 || [[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 4 || [[Festigkeit|Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 06.06.2025<br /> |-<br /> | 4.1 || [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.2 || [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.3 || [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 5 || [[Laserbeschriftung (PET-) Folien und anschließende Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)]] || Matthias Strohmeier || || 90 ||<br /> |-<br /> | 5.1 || [[Laserbeschriftung von Folien bzw. Druckplatten (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |-<br /> | 5.2 || [[Drucken der Bauteile auf zuvor gravierte Druckplatte (&quot;Prägedruck&quot;) (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |}</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Projektarbeit_Simon_Besl,_Matthias_Strohmeier,_Maximilian_Wimmer&diff=4626 2025-07-07T08:58:17Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer) */</p> <hr /> <div>&lt;htmltag tagname=&quot;img&quot; src=&quot;http://vg04.met.vgwort.de/na/01eb38e54a1640e4910af65aa621c0fc&quot; width=&quot;1&quot; height=&quot;1&quot; alt=&quot;&quot;&gt;&lt;/htmltag&gt;<br /> = Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =<br /> <br /> == Aufgabenanalyse ==<br /> <br /> ===Lasergravieren von Kunststofffolien Folien zur Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)===<br /> In diesem globalen Arbeitspaket wird die Bearbeitung von (PET-) Folien mittels Lasergravur sowie die anschließende Beschichtung von FDM-3D-Druckplatten mit diesen untersucht. Es werden verschiedene (PET-) Ausgangsfolien ausgewählt, die auf Druckplatten geklebt werden können. Diese dienen als Ausgangsmaterial. &lt;br&gt;<br /> <br /> Zunächst werden verschiedene Laserbearbeitungsverfahren in Verbindung mit PET-<br /> Folien recherchiert. Bei der Laserbearbeitung von Kunststofffolien sind häufig Parameter wie die Wellenlänge des Laserlichts, die Laserleistung oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit entscheidend für ein erfolgreiches Beschriftungsergebnis. Diese und möglicherweise weitere Parameter werden recherchiert, sortiert und anschließend getestet. Auch die Form und Komplexität der Gravur kann hierbei eine Rolle spielen und wird untersucht. &lt;br&gt;<br /> Zusätzlich stellt sich die Frage, wie lange eine solche Textur – beispielsweise eine Nummer oder ein Logo – über eine PET-Folie auf Bauteile aufgedruckt werden kann, bevor die Folie verschleißt. Das gesamte Vorgehen wird im ersten Schritt sorgfältig geplant und vorbereitet, da der Zugang zu einem Laserbeschrifter nicht jederzeit garantiert werden kann. Somit liegt der erste Fokus klar auf der Recherche, Planung und Vorbereitung der Versuche. Als zusätzliche Untersuchung kann das „GreenTec Pro“-Filament der Marke Extrudr auf direkte Lasergravur und -bearbeitung hin untersucht werden. Hierbei werden gedruckte Bauteile mit verschiedenen Laserparametern beschossen und anschließend ausgewertet.<br /> <br /> === Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern (Simon Besl) ===<br /> Im Rahmen dieses Arbeitspakets wird der Einfluss unterschiedlicher FDM-3D-Drucker auf die resultierende Oberflächenqualität von Druckteilen systematisch untersucht. Ziel ist es, Druckergebnisse hinsichtlich ihrer optischen und haptischen Qualität sowie geometrischen Maßhaltigkeit vergleichend zu analysieren.<br /> <br /> Dazu wird zunächst ein standardisiertes Testbauteil konstruiert, das gezielt typische Herausforderungen im FDM-Druck integriert – darunter Überhänge über 45°, filigrane Details sowie Flächen zur Bewertung von Textur und Layer-Bildung. Dieses Testobjekt dient als Referenzmodell für alle Druckversuche.<br /> <br /> Im Anschluss erfolgt der Druck des Testobjekts auf mehreren 3D-Druckern unterschiedlicher Hersteller unter möglichst einheitlichen Druckparametern. Zusätzlich wird der Einfluss verschiedener Slicer-Programme (z. B. Cura, PrusaSlicer, Orca) analysiert, indem identische Modelle mit jeweils softwaretypischen Standardprofilen gesliced und verglichen werden.<br /> <br /> Die gedruckten Bauteile werden in zwei Schritten ausgewertet:<br /> <br /> # '''Subjektive Analyse:''' In einem Blindtest beurteilen sowohl Laien als auch Projektteilnehmende die Oberflächenqualität der Druckteile hinsichtlich Gleichmäßigkeit, Schichtlinien und Haptik.<br /> # '''Objektive Analyse:''' Mittels Messmitteln (z. B. Bügelmessschraube) werden Maßhaltigkeit, Detailtreue sowie eventuelle Verzüge dokumentiert und gegenübergestellt.<br /> <br /> Als zusätzlicher Untersuchungsaspekt wird bei Bedarf der Einfluss unterschiedlicher Düsendicken auf die Oberflächenqualität und Druckgeschwindigkeit geprüft. Hierzu wird das Testobjekt mit unterschiedlichen Düsendicken gedruckt um zu prüfen, ob eine Steigerung der Druckgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Oberflächengüte möglich ist.<br /> <br /> ===Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer)===<br /> In diesem Arbeitspaket wird die mechanische Belastbarkeit von 3D-gedruckten Bauteilen einer Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die Eigenschaften unbehandelter Teile als auch ihr Verhalten unter Einflüssen wie Wasser, Temperatur und Chemikalien betrachtet. <br /> Dieses Arbeitspaket baut auf die Projektarbeit von Maximilian Beck, Luca Schmid, Andrei Zemba und Vincent Greinecker auf und knüpft unmittelbar an das im [[Datei:20250212 Vincent Greinecker Uebergabeprotokoll.pdf | Übergabe­protokoll]] unter Kapitel 4.2 festgehaltene Vorgehen an.<br /> <br /> Zunächst erfolgen Laborversuche wie Zug- und Schlagbiegeprüfungen, um die Ergebnisse mit den Herstellerangaben zu vergleichen und Referenzwerte für spätere Tests zu gewinnen. Anschließend wird die Wasseraufnahme experimentell bestimmt, inklusive der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und mögliche optische oder geometrische Veränderungen.<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit wird zum einen durch einmaliges Erhitzen der Bauteile und anschließende mechanische Prüfungen ermittelt. Zum anderen untersuchen wir das Verhalten unter thermischen Zyklen, indem die Proben wiederholt in einem Wasserbad aufgeheizt und anschließend abgekühlt werden.<br /> <br /> Zudem wird die Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Reinigungs- und Entkalkungsmitteln untersucht, indem Bauteile über längere Zeit in entsprechenden Lösungen gelagert und anschließend analysiert werden.<br /> <br /> == Zielvereinbarung ==<br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets &quot;''Lasergravieren von (PET-) Folien zur Druckplattenbeschichtung''&quot; ist es, eine klare Dokumentation über alle relevanten Möglichkeiten und Parameter der Lasergravur von mit PET-Folien beschichteten Druckplatten sowie der direkten Laserbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen zu erstellen. Die Ergebnisse sollen klar nachvollziehbar und reproduzierbar sein. <br /> <br /> Zielsetzung des Arbeitspakets „''Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit''“ ist die genaue Analyse der Festigkeitseigenschaften des Kunststoffs GreenTec Pro im Vergleich zu den vom Hersteller angegebenen Werten. Ebenso sollen die Veränderungen der Materialeigenschaften unter typischen Einsatzbedingungen einer Kaffeemaschine, Einwirkung von Wasser, Temperatur und Chemikalien, untersucht werden. <br /> <br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets „''Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern''“ liegt in der systematischen Untersuchung des Einflusses verschiedener FDM-Drucker, Slicer-Software und Düsen auf die Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen. Dazu wird ein standardisiertes Testmodell entwickelt. Die Ergebnisse werden sowohl subjektiv (z. B. durch Blindtests) als auch objektiv (z. B. Maßanalyse, Verzugsmessung) bewertet. Ziel ist es, verlässliche Aussagen über den Zusammenhang zwischen Drucktechnik und Bauteilqualität zu treffen und diese in die Gesamtbewertung des Projekts einzubinden.<br /> <br /> == Besprechungsprotokolle ==<br /> [[FDM-Druck Startgespräch 27.03.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 25.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 09.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 23.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 06.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 20.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.07.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Abschlusspräsentation 25.07.2025]]<br /> <br /> == Arbeitspakete ==<br /> === Status ===<br /> 10 - Erfasst&lt;br&gt;<br /> 30 - in Bearbeitung&lt;br&gt;<br /> 50 - Lösung definiert&lt;br&gt;<br /> 70 - in Umsetzung&lt;br&gt;<br /> 90 - Umsetzung abgeschlossen&lt;br&gt;<br /> 99 - Abbruch per Beschluss (Dokumentation dazu erforderlich)&lt;br&gt;<br /> 100 - Maßnahme bestätigt&lt;br&gt;<br /> <br /> === ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck ===<br /> <br /> {| class=&quot;wikitable sortable&quot;<br /> |+ <br /> |-<br /> ! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV <br /> |-<br /> | 1 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 || <br /> |-<br /> | 2 || [[Slicer|Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 3 || [[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 4 || [[Festigkeit|Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 06.06.2025<br /> |-<br /> | 4.1 || [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.2 || [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.3 || [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 5 || [[Laserbeschriftung (PET-) Folien und anschließende Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)]] || Matthias Strohmeier || || 90 ||<br /> |-<br /> | 5.1 || [[Laserbeschriftung von Folien bzw. Druckplatten (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |-<br /> | 5.2 || [[Drucken der Bauteile auf zuvor gravierte Druckplatte (&quot;Prägedruck&quot;) (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |}</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Projektarbeit_Simon_Besl,_Matthias_Strohmeier,_Maximilian_Wimmer&diff=4625 2025-07-07T08:55:10Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer) */</p> <hr /> <div>&lt;htmltag tagname=&quot;img&quot; src=&quot;http://vg04.met.vgwort.de/na/01eb38e54a1640e4910af65aa621c0fc&quot; width=&quot;1&quot; height=&quot;1&quot; alt=&quot;&quot;&gt;&lt;/htmltag&gt;<br /> = Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =<br /> <br /> == Aufgabenanalyse ==<br /> <br /> ===Lasergravieren von Kunststofffolien Folien zur Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)===<br /> In diesem globalen Arbeitspaket wird die Bearbeitung von (PET-) Folien mittels Lasergravur sowie die anschließende Beschichtung von FDM-3D-Druckplatten mit diesen untersucht. Es werden verschiedene (PET-) Ausgangsfolien ausgewählt, die auf Druckplatten geklebt werden können. Diese dienen als Ausgangsmaterial. &lt;br&gt;<br /> <br /> Zunächst werden verschiedene Laserbearbeitungsverfahren in Verbindung mit PET-<br /> Folien recherchiert. Bei der Laserbearbeitung von Kunststofffolien sind häufig Parameter wie die Wellenlänge des Laserlichts, die Laserleistung oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit entscheidend für ein erfolgreiches Beschriftungsergebnis. Diese und möglicherweise weitere Parameter werden recherchiert, sortiert und anschließend getestet. Auch die Form und Komplexität der Gravur kann hierbei eine Rolle spielen und wird untersucht. &lt;br&gt;<br /> Zusätzlich stellt sich die Frage, wie lange eine solche Textur – beispielsweise eine Nummer oder ein Logo – über eine PET-Folie auf Bauteile aufgedruckt werden kann, bevor die Folie verschleißt. Das gesamte Vorgehen wird im ersten Schritt sorgfältig geplant und vorbereitet, da der Zugang zu einem Laserbeschrifter nicht jederzeit garantiert werden kann. Somit liegt der erste Fokus klar auf der Recherche, Planung und Vorbereitung der Versuche. Als zusätzliche Untersuchung kann das „GreenTec Pro“-Filament der Marke Extrudr auf direkte Lasergravur und -bearbeitung hin untersucht werden. Hierbei werden gedruckte Bauteile mit verschiedenen Laserparametern beschossen und anschließend ausgewertet.<br /> <br /> === Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern (Simon Besl) ===<br /> Im Rahmen dieses Arbeitspakets wird der Einfluss unterschiedlicher FDM-3D-Drucker auf die resultierende Oberflächenqualität von Druckteilen systematisch untersucht. Ziel ist es, Druckergebnisse hinsichtlich ihrer optischen und haptischen Qualität sowie geometrischen Maßhaltigkeit vergleichend zu analysieren.<br /> <br /> Dazu wird zunächst ein standardisiertes Testbauteil konstruiert, das gezielt typische Herausforderungen im FDM-Druck integriert – darunter Überhänge über 45°, filigrane Details sowie Flächen zur Bewertung von Textur und Layer-Bildung. Dieses Testobjekt dient als Referenzmodell für alle Druckversuche.<br /> <br /> Im Anschluss erfolgt der Druck des Testobjekts auf mehreren 3D-Druckern unterschiedlicher Hersteller unter möglichst einheitlichen Druckparametern. Zusätzlich wird der Einfluss verschiedener Slicer-Programme (z. B. Cura, PrusaSlicer, Orca) analysiert, indem identische Modelle mit jeweils softwaretypischen Standardprofilen gesliced und verglichen werden.<br /> <br /> Die gedruckten Bauteile werden in zwei Schritten ausgewertet:<br /> <br /> # '''Subjektive Analyse:''' In einem Blindtest beurteilen sowohl Laien als auch Projektteilnehmende die Oberflächenqualität der Druckteile hinsichtlich Gleichmäßigkeit, Schichtlinien und Haptik.<br /> # '''Objektive Analyse:''' Mittels Messmitteln (z. B. Bügelmessschraube) werden Maßhaltigkeit, Detailtreue sowie eventuelle Verzüge dokumentiert und gegenübergestellt.<br /> <br /> Als zusätzlicher Untersuchungsaspekt wird bei Bedarf der Einfluss unterschiedlicher Düsendicken auf die Oberflächenqualität und Druckgeschwindigkeit geprüft. Hierzu wird das Testobjekt mit unterschiedlichen Düsendicken gedruckt um zu prüfen, ob eine Steigerung der Druckgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Oberflächengüte möglich ist.<br /> <br /> ===Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer)===<br /> In diesem Arbeitspaket wird die mechanische Belastbarkeit von 3D-gedruckten Bauteilen einer Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die Eigenschaften unbehandelter Teile als auch ihr Verhalten unter Einflüssen wie Wasser, Temperatur und Chemikalien betrachtet. <br /> Dieses Arbeitspaket baut auf die Projektarbeit von Maximilian Beck, Luca Schmid, Andrei Zemba und Vincent Greinecker auf und knüpft unmittelbar an das im [[Datei:20250212 Vincent Greinecker Uebergabeprotokoll.pdf|Übergabe­protokoll]] unter Kapitel 4.2 festgehaltene Vorgehen an.<br /> <br /> Zunächst erfolgen Laborversuche wie Zug- und Schlagbiegeprüfungen, um die Ergebnisse mit den Herstellerangaben zu vergleichen und Referenzwerte für spätere Tests zu gewinnen. Anschließend wird die Wasseraufnahme experimentell bestimmt, inklusive der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und mögliche optische oder geometrische Veränderungen.<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit wird zum einen durch einmaliges Erhitzen der Bauteile und anschließende mechanische Prüfungen ermittelt. Zum anderen untersuchen wir das Verhalten unter thermischen Zyklen, indem die Proben wiederholt in einem Wasserbad aufgeheizt und anschließend abgekühlt werden.<br /> <br /> Zudem wird die Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Reinigungs- und Entkalkungsmitteln untersucht, indem Bauteile über längere Zeit in entsprechenden Lösungen gelagert und anschließend analysiert werden.<br /> <br /> == Zielvereinbarung ==<br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets &quot;''Lasergravieren von (PET-) Folien zur Druckplattenbeschichtung''&quot; ist es, eine klare Dokumentation über alle relevanten Möglichkeiten und Parameter der Lasergravur von mit PET-Folien beschichteten Druckplatten sowie der direkten Laserbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen zu erstellen. Die Ergebnisse sollen klar nachvollziehbar und reproduzierbar sein. <br /> <br /> Zielsetzung des Arbeitspakets „''Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit''“ ist die genaue Analyse der Festigkeitseigenschaften des Kunststoffs GreenTec Pro im Vergleich zu den vom Hersteller angegebenen Werten. Ebenso sollen die Veränderungen der Materialeigenschaften unter typischen Einsatzbedingungen einer Kaffeemaschine, Einwirkung von Wasser, Temperatur und Chemikalien, untersucht werden. <br /> <br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets „''Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern''“ liegt in der systematischen Untersuchung des Einflusses verschiedener FDM-Drucker, Slicer-Software und Düsen auf die Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen. Dazu wird ein standardisiertes Testmodell entwickelt. Die Ergebnisse werden sowohl subjektiv (z. B. durch Blindtests) als auch objektiv (z. B. Maßanalyse, Verzugsmessung) bewertet. Ziel ist es, verlässliche Aussagen über den Zusammenhang zwischen Drucktechnik und Bauteilqualität zu treffen und diese in die Gesamtbewertung des Projekts einzubinden.<br /> <br /> == Besprechungsprotokolle ==<br /> [[FDM-Druck Startgespräch 27.03.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 25.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 09.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 23.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 06.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 20.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.07.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Abschlusspräsentation 25.07.2025]]<br /> <br /> == Arbeitspakete ==<br /> === Status ===<br /> 10 - Erfasst&lt;br&gt;<br /> 30 - in Bearbeitung&lt;br&gt;<br /> 50 - Lösung definiert&lt;br&gt;<br /> 70 - in Umsetzung&lt;br&gt;<br /> 90 - Umsetzung abgeschlossen&lt;br&gt;<br /> 99 - Abbruch per Beschluss (Dokumentation dazu erforderlich)&lt;br&gt;<br /> 100 - Maßnahme bestätigt&lt;br&gt;<br /> <br /> === ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck ===<br /> <br /> {| class=&quot;wikitable sortable&quot;<br /> |+ <br /> |-<br /> ! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV <br /> |-<br /> | 1 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 || <br /> |-<br /> | 2 || [[Slicer|Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 3 || [[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 4 || [[Festigkeit|Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 06.06.2025<br /> |-<br /> | 4.1 || [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.2 || [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.3 || [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 5 || [[Laserbeschriftung (PET-) Folien und anschließende Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)]] || Matthias Strohmeier || || 90 ||<br /> |-<br /> | 5.1 || [[Laserbeschriftung von Folien bzw. Druckplatten (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |-<br /> | 5.2 || [[Drucken der Bauteile auf zuvor gravierte Druckplatte (&quot;Prägedruck&quot;) (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |}</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Projektarbeit_Simon_Besl,_Matthias_Strohmeier,_Maximilian_Wimmer&diff=4624 2025-07-07T08:52:54Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer) */</p> <hr /> <div>&lt;htmltag tagname=&quot;img&quot; src=&quot;http://vg04.met.vgwort.de/na/01eb38e54a1640e4910af65aa621c0fc&quot; width=&quot;1&quot; height=&quot;1&quot; alt=&quot;&quot;&gt;&lt;/htmltag&gt;<br /> = Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =<br /> <br /> == Aufgabenanalyse ==<br /> <br /> ===Lasergravieren von Kunststofffolien Folien zur Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)===<br /> In diesem globalen Arbeitspaket wird die Bearbeitung von (PET-) Folien mittels Lasergravur sowie die anschließende Beschichtung von FDM-3D-Druckplatten mit diesen untersucht. Es werden verschiedene (PET-) Ausgangsfolien ausgewählt, die auf Druckplatten geklebt werden können. Diese dienen als Ausgangsmaterial. &lt;br&gt;<br /> <br /> Zunächst werden verschiedene Laserbearbeitungsverfahren in Verbindung mit PET-<br /> Folien recherchiert. Bei der Laserbearbeitung von Kunststofffolien sind häufig Parameter wie die Wellenlänge des Laserlichts, die Laserleistung oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit entscheidend für ein erfolgreiches Beschriftungsergebnis. Diese und möglicherweise weitere Parameter werden recherchiert, sortiert und anschließend getestet. Auch die Form und Komplexität der Gravur kann hierbei eine Rolle spielen und wird untersucht. &lt;br&gt;<br /> Zusätzlich stellt sich die Frage, wie lange eine solche Textur – beispielsweise eine Nummer oder ein Logo – über eine PET-Folie auf Bauteile aufgedruckt werden kann, bevor die Folie verschleißt. Das gesamte Vorgehen wird im ersten Schritt sorgfältig geplant und vorbereitet, da der Zugang zu einem Laserbeschrifter nicht jederzeit garantiert werden kann. Somit liegt der erste Fokus klar auf der Recherche, Planung und Vorbereitung der Versuche. Als zusätzliche Untersuchung kann das „GreenTec Pro“-Filament der Marke Extrudr auf direkte Lasergravur und -bearbeitung hin untersucht werden. Hierbei werden gedruckte Bauteile mit verschiedenen Laserparametern beschossen und anschließend ausgewertet.<br /> <br /> === Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern (Simon Besl) ===<br /> Im Rahmen dieses Arbeitspakets wird der Einfluss unterschiedlicher FDM-3D-Drucker auf die resultierende Oberflächenqualität von Druckteilen systematisch untersucht. Ziel ist es, Druckergebnisse hinsichtlich ihrer optischen und haptischen Qualität sowie geometrischen Maßhaltigkeit vergleichend zu analysieren.<br /> <br /> Dazu wird zunächst ein standardisiertes Testbauteil konstruiert, das gezielt typische Herausforderungen im FDM-Druck integriert – darunter Überhänge über 45°, filigrane Details sowie Flächen zur Bewertung von Textur und Layer-Bildung. Dieses Testobjekt dient als Referenzmodell für alle Druckversuche.<br /> <br /> Im Anschluss erfolgt der Druck des Testobjekts auf mehreren 3D-Druckern unterschiedlicher Hersteller unter möglichst einheitlichen Druckparametern. Zusätzlich wird der Einfluss verschiedener Slicer-Programme (z. B. Cura, PrusaSlicer, Orca) analysiert, indem identische Modelle mit jeweils softwaretypischen Standardprofilen gesliced und verglichen werden.<br /> <br /> Die gedruckten Bauteile werden in zwei Schritten ausgewertet:<br /> <br /> # '''Subjektive Analyse:''' In einem Blindtest beurteilen sowohl Laien als auch Projektteilnehmende die Oberflächenqualität der Druckteile hinsichtlich Gleichmäßigkeit, Schichtlinien und Haptik.<br /> # '''Objektive Analyse:''' Mittels Messmitteln (z. B. Bügelmessschraube) werden Maßhaltigkeit, Detailtreue sowie eventuelle Verzüge dokumentiert und gegenübergestellt.<br /> <br /> Als zusätzlicher Untersuchungsaspekt wird bei Bedarf der Einfluss unterschiedlicher Düsendicken auf die Oberflächenqualität und Druckgeschwindigkeit geprüft. Hierzu wird das Testobjekt mit unterschiedlichen Düsendicken gedruckt um zu prüfen, ob eine Steigerung der Druckgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Oberflächengüte möglich ist.<br /> <br /> ===Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer)===<br /> In diesem Arbeitspaket wird die mechanische Belastbarkeit von 3D-gedruckten Bauteilen einer Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die Eigenschaften unbehandelter Teile als auch ihr Verhalten unter Einflüssen wie Wasser, Temperatur und Chemikalien betrachtet. <br /> Dieses Arbeitspaket baut auf die Projektarbeit von Maximilian Beck, Luca Schmid, Andrei Zemba und Vincent Greinecker auf und knüpft unmittelbar an das im [[http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Datei:20250212 Vincent Greinecker Uebergabeprotokoll.pdf|Übergabe­protokoll unter Kapitel 4.2]] festgehaltene Vorgehen an.<br /> <br /> Zunächst erfolgen Laborversuche wie Zug- und Schlagbiegeprüfungen, um die Ergebnisse mit den Herstellerangaben zu vergleichen und Referenzwerte für spätere Tests zu gewinnen. Anschließend wird die Wasseraufnahme experimentell bestimmt, inklusive der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und mögliche optische oder geometrische Veränderungen.<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit wird zum einen durch einmaliges Erhitzen der Bauteile und anschließende mechanische Prüfungen ermittelt. Zum anderen untersuchen wir das Verhalten unter thermischen Zyklen, indem die Proben wiederholt in einem Wasserbad aufgeheizt und anschließend abgekühlt werden.<br /> <br /> Zudem wird die Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Reinigungs- und Entkalkungsmitteln untersucht, indem Bauteile über längere Zeit in entsprechenden Lösungen gelagert und anschließend analysiert werden.<br /> <br /> == Zielvereinbarung ==<br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets &quot;''Lasergravieren von (PET-) Folien zur Druckplattenbeschichtung''&quot; ist es, eine klare Dokumentation über alle relevanten Möglichkeiten und Parameter der Lasergravur von mit PET-Folien beschichteten Druckplatten sowie der direkten Laserbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen zu erstellen. Die Ergebnisse sollen klar nachvollziehbar und reproduzierbar sein. <br /> <br /> Zielsetzung des Arbeitspakets „''Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit''“ ist die genaue Analyse der Festigkeitseigenschaften des Kunststoffs GreenTec Pro im Vergleich zu den vom Hersteller angegebenen Werten. Ebenso sollen die Veränderungen der Materialeigenschaften unter typischen Einsatzbedingungen einer Kaffeemaschine, Einwirkung von Wasser, Temperatur und Chemikalien, untersucht werden. <br /> <br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets „''Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern''“ liegt in der systematischen Untersuchung des Einflusses verschiedener FDM-Drucker, Slicer-Software und Düsen auf die Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen. Dazu wird ein standardisiertes Testmodell entwickelt. Die Ergebnisse werden sowohl subjektiv (z. B. durch Blindtests) als auch objektiv (z. B. Maßanalyse, Verzugsmessung) bewertet. Ziel ist es, verlässliche Aussagen über den Zusammenhang zwischen Drucktechnik und Bauteilqualität zu treffen und diese in die Gesamtbewertung des Projekts einzubinden.<br /> <br /> == Besprechungsprotokolle ==<br /> [[FDM-Druck Startgespräch 27.03.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 25.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 09.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 23.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 06.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 20.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.07.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Abschlusspräsentation 25.07.2025]]<br /> <br /> == Arbeitspakete ==<br /> === Status ===<br /> 10 - Erfasst&lt;br&gt;<br /> 30 - in Bearbeitung&lt;br&gt;<br /> 50 - Lösung definiert&lt;br&gt;<br /> 70 - in Umsetzung&lt;br&gt;<br /> 90 - Umsetzung abgeschlossen&lt;br&gt;<br /> 99 - Abbruch per Beschluss (Dokumentation dazu erforderlich)&lt;br&gt;<br /> 100 - Maßnahme bestätigt&lt;br&gt;<br /> <br /> === ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck ===<br /> <br /> {| class=&quot;wikitable sortable&quot;<br /> |+ <br /> |-<br /> ! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV <br /> |-<br /> | 1 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 || <br /> |-<br /> | 2 || [[Slicer|Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 3 || [[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 4 || [[Festigkeit|Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 06.06.2025<br /> |-<br /> | 4.1 || [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.2 || [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.3 || [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 5 || [[Laserbeschriftung (PET-) Folien und anschließende Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)]] || Matthias Strohmeier || || 90 ||<br /> |-<br /> | 5.1 || [[Laserbeschriftung von Folien bzw. Druckplatten (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |-<br /> | 5.2 || [[Drucken der Bauteile auf zuvor gravierte Druckplatte (&quot;Prägedruck&quot;) (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |}</div>

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<p>Maximilian Wimmer: /* ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck */</p> <hr /> <div>&lt;htmltag tagname=&quot;img&quot; src=&quot;http://vg04.met.vgwort.de/na/01eb38e54a1640e4910af65aa621c0fc&quot; width=&quot;1&quot; height=&quot;1&quot; alt=&quot;&quot;&gt;&lt;/htmltag&gt;<br /> = Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =<br /> <br /> == Aufgabenanalyse ==<br /> <br /> ===Lasergravieren von Kunststofffolien Folien zur Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)===<br /> In diesem globalen Arbeitspaket wird die Bearbeitung von (PET-) Folien mittels Lasergravur sowie die anschließende Beschichtung von FDM-3D-Druckplatten mit diesen untersucht. Es werden verschiedene (PET-) Ausgangsfolien ausgewählt, die auf Druckplatten geklebt werden können. Diese dienen als Ausgangsmaterial. &lt;br&gt;<br /> <br /> Zunächst werden verschiedene Laserbearbeitungsverfahren in Verbindung mit PET-<br /> Folien recherchiert. Bei der Laserbearbeitung von Kunststofffolien sind häufig Parameter wie die Wellenlänge des Laserlichts, die Laserleistung oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit entscheidend für ein erfolgreiches Beschriftungsergebnis. Diese und möglicherweise weitere Parameter werden recherchiert, sortiert und anschließend getestet. Auch die Form und Komplexität der Gravur kann hierbei eine Rolle spielen und wird untersucht. &lt;br&gt;<br /> Zusätzlich stellt sich die Frage, wie lange eine solche Textur – beispielsweise eine Nummer oder ein Logo – über eine PET-Folie auf Bauteile aufgedruckt werden kann, bevor die Folie verschleißt. Das gesamte Vorgehen wird im ersten Schritt sorgfältig geplant und vorbereitet, da der Zugang zu einem Laserbeschrifter nicht jederzeit garantiert werden kann. Somit liegt der erste Fokus klar auf der Recherche, Planung und Vorbereitung der Versuche. Als zusätzliche Untersuchung kann das „GreenTec Pro“-Filament der Marke Extrudr auf direkte Lasergravur und -bearbeitung hin untersucht werden. Hierbei werden gedruckte Bauteile mit verschiedenen Laserparametern beschossen und anschließend ausgewertet.<br /> <br /> === Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern (Simon Besl) ===<br /> Im Rahmen dieses Arbeitspakets wird der Einfluss unterschiedlicher FDM-3D-Drucker auf die resultierende Oberflächenqualität von Druckteilen systematisch untersucht. Ziel ist es, Druckergebnisse hinsichtlich ihrer optischen und haptischen Qualität sowie geometrischen Maßhaltigkeit vergleichend zu analysieren.<br /> <br /> Dazu wird zunächst ein standardisiertes Testbauteil konstruiert, das gezielt typische Herausforderungen im FDM-Druck integriert – darunter Überhänge über 45°, filigrane Details sowie Flächen zur Bewertung von Textur und Layer-Bildung. Dieses Testobjekt dient als Referenzmodell für alle Druckversuche.<br /> <br /> Im Anschluss erfolgt der Druck des Testobjekts auf mehreren 3D-Druckern unterschiedlicher Hersteller unter möglichst einheitlichen Druckparametern. Zusätzlich wird der Einfluss verschiedener Slicer-Programme (z. B. Cura, PrusaSlicer, Orca) analysiert, indem identische Modelle mit jeweils softwaretypischen Standardprofilen gesliced und verglichen werden.<br /> <br /> Die gedruckten Bauteile werden in zwei Schritten ausgewertet:<br /> <br /> # '''Subjektive Analyse:''' In einem Blindtest beurteilen sowohl Laien als auch Projektteilnehmende die Oberflächenqualität der Druckteile hinsichtlich Gleichmäßigkeit, Schichtlinien und Haptik.<br /> # '''Objektive Analyse:''' Mittels Messmitteln (z. B. Bügelmessschraube) werden Maßhaltigkeit, Detailtreue sowie eventuelle Verzüge dokumentiert und gegenübergestellt.<br /> <br /> Als zusätzlicher Untersuchungsaspekt wird bei Bedarf der Einfluss unterschiedlicher Düsendicken auf die Oberflächenqualität und Druckgeschwindigkeit geprüft. Hierzu wird das Testobjekt mit unterschiedlichen Düsendicken gedruckt um zu prüfen, ob eine Steigerung der Druckgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Oberflächengüte möglich ist.<br /> <br /> ===Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer)===<br /> In diesem Arbeitspaket wird die mechanische Belastbarkeit von 3D-gedruckten Bauteilen einer Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die Eigenschaften unbehandelter Teile als auch ihr Verhalten unter Einflüssen wie Wasser, Temperatur und Chemikalien betrachtet.<br /> <br /> Zunächst erfolgen Laborversuche wie Zug- und Schlagbiegeprüfungen, um die Ergebnisse mit den Herstellerangaben zu vergleichen und Referenzwerte für spätere Tests zu gewinnen. Anschließend wird die Wasseraufnahme experimentell bestimmt, inklusive der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und mögliche optische oder geometrische Veränderungen.<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit wird über Wärmeformbeständigkeitsprüfungen sowie durch wiederholtes Erhitzen und Abkühlen getestet. In Kombination mit einem heißen Wasserbad, solle es realistische Bedingungen simulieren.<br /> <br /> Zudem wird die Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Reinigungs- und Entkalkungsmitteln untersucht, indem Bauteile über längere Zeit in entsprechenden Lösungen gelagert und anschließend analysiert werden.<br /> <br /> == Zielvereinbarung ==<br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets &quot;''Lasergravieren von (PET-) Folien zur Druckplattenbeschichtung''&quot; ist es, eine klare Dokumentation über alle relevanten Möglichkeiten und Parameter der Lasergravur von mit PET-Folien beschichteten Druckplatten sowie der direkten Laserbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen zu erstellen. Die Ergebnisse sollen klar nachvollziehbar und reproduzierbar sein. <br /> <br /> Zielsetzung des Arbeitspakets „''Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit''“ ist die genaue Analyse der Festigkeitseigenschaften des Kunststoffs GreenTec Pro im Vergleich zu den vom Hersteller angegebenen Werten. Ebenso sollen die Veränderungen der Materialeigenschaften unter typischen Einsatzbedingungen einer Kaffeemaschine, Einwirkung von Wasser, Temperatur und Chemikalien, untersucht werden. <br /> <br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets „''Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern''“ liegt in der systematischen Untersuchung des Einflusses verschiedener FDM-Drucker, Slicer-Software und Düsen auf die Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen. Dazu wird ein standardisiertes Testmodell entwickelt. Die Ergebnisse werden sowohl subjektiv (z. B. durch Blindtests) als auch objektiv (z. B. Maßanalyse, Verzugsmessung) bewertet. Ziel ist es, verlässliche Aussagen über den Zusammenhang zwischen Drucktechnik und Bauteilqualität zu treffen und diese in die Gesamtbewertung des Projekts einzubinden.<br /> <br /> == Besprechungsprotokolle ==<br /> [[FDM-Druck Startgespräch 27.03.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 25.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 09.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 23.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 06.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 20.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.07.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Abschlusspräsentation 25.07.2025]]<br /> <br /> == Arbeitspakete ==<br /> === Status ===<br /> 10 - Erfasst&lt;br&gt;<br /> 30 - in Bearbeitung&lt;br&gt;<br /> 50 - Lösung definiert&lt;br&gt;<br /> 70 - in Umsetzung&lt;br&gt;<br /> 90 - Umsetzung abgeschlossen&lt;br&gt;<br /> 99 - Abbruch per Beschluss (Dokumentation dazu erforderlich)&lt;br&gt;<br /> 100 - Maßnahme bestätigt&lt;br&gt;<br /> <br /> === ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck ===<br /> <br /> {| class=&quot;wikitable sortable&quot;<br /> |+ <br /> |-<br /> ! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV <br /> |-<br /> | 1 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 70 || <br /> |-<br /> | 2 || [[Slicer|Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 3 || [[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 4 || [[Festigkeit|Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 06.06.2025<br /> |-<br /> | 4.1 || [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.2 || [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.3 || [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 5 || [[Laserbeschriftung (PET-) Folien und anschließende Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)]] || Matthias Strohmeier || || 90 ||<br /> |-<br /> | 5.1 || [[Laserbeschriftung von Folien bzw. Druckplatten (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |-<br /> | 5.2 || [[Drucken der Bauteile auf zuvor gravierte Druckplatte (&quot;Prägedruck&quot;) (Matthias Strohmeier)]] || || || 90 || 04.07.2025<br /> |}</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Chemikalien_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4576 2025-06-27T13:04:55Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Fazit */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> Für Bauteile in einer Kaffeemaschine ist die Beständigkeit gegenüber chemischen Reinigungs- und Entkalkungsmitteln von großer Bedeutung. In diesem Arbeitspaket wird untersucht, wie sich eine längere Aussetzung gegenüber solchen Chemikalien auf das Materialverhalten auswirkt. Die Proben werden dafür in eine geeignete Lösung eingetaucht, in diesem Fall ein Chlorbasiertes Reinigungsmittel. Im Datenblatt von GreenTEC Pro steht hierzu das der Kunststoff speziell anfällig gegenüber solcher Chemikalien ist, weshalb hier untersucht wird welche Auswirkungen eine Reinigung mit solch einer Lösung auf Materialeigenschaften mit sich zieht. Ziel ist es, potenzielle Materialschwächungen oder Beeinträchtigungen der Oberflächenstruktur zu identifizieren.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Der Versuch zur Chemischen Einwirkung auf Bauteilfestigkeit läuft in vielen Aspekten ähnlich wie der von dem Einfluss von Wasser. Zur Untersuchung wurden ebenfalls neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in die Chemische Lösung vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für 15 Minuten in eine Reinigungslösung eingelegt, um ein intensives bzw. wiederholtes Reinigen zu simulieren. Die Lösung bestand aus einem Mischungsverhältnis von 1:5 (Reinigungsmittel zu Wasser), konkret 200 ml Wasser und 40 ml eines stark alkalischen Reinigungsmittels. Dieses Verhältnis entspricht den Herstellerangaben für reguläre Reinigungsanwendungen.<br /> Nach Ablauf der Einwirkzeit wurden die Bauteile vorsichtig entnommen und mit klarem Wasser abgespült, um Rückstände des Reinigungsmittels zu entfernen und die Prüfteile für die anschließenden Untersuchungen vorzubereiten.<br /> Auch hier folgen die Schlagbiegeproben zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Die Einflussbedingungen der Probearten unterscheiden sie jedoch nicht.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach der chemischen Einwirkung zeigten die Prüfkörper keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Lediglich die Beschriftungen mit Permanentmarker hatten sich gelöst.<br /> Die Abmessungen (Länge, Breite, Höhe) blieben bei allen Proben unverändert im Vergleich zu den Ausgangswerten. Beim Gewicht der Schlagbiegeproben wurde eine Veränderung von etwa 8 % festgestellt. Da jedoch einige dieser Proben leichte Druckfehler aufwiesen, lässt sich nicht mit Sicherheit sagen, ob die Abweichung ausschließlich durch den Chemikalieneinfluss verursacht wurde, wahrscheinlicher ist der Gewichtsunterschied dank Knoten im Filament.<br /> <br /> Insgesamt fiel das Ergebnis der chemischen Belastung hier bereits deutlich besser aus als zunächst erwartet, insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass das verwendete Reinigungsmittel laut Herstellerdatenblatt als potenziell kritisch für Kunststoffe eingestuft wird.<br /> <br /> == Laborversuch ==<br /> <br /> === Zugversuch ===<br /> <br /> Ähnlich wie bei der Untersuchung von Einfluss von Wasser, wurden hier auch nicht alle Z-Proben verwendet. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;220&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Chemie Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten des ersten Laborversuchs, Einfluss Chemie<br /> Datei:Zugversuch Chemie Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Chemie Z2 Diagramm.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> <br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Lösung !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~2336 || ↓ ca. 39 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~32,6 || ↓ ca. 20 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,57 || ↑ ca. 27 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~21,6 || ↓ ca. 33 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 6,4 || ↑ ca. 80 %<br /> |}<br /> <br /> Es zeigen sich bei den anschließenden Zugversuchen signifikante Veränderungen der Materialeigenschaften im Vergleich zur Referenzserie ohne Einfluss. Das Elastizitätsmodul sinkt stark, was eine deutlich geringere Steifigkeit des Materials nach der chemischen Belastung bedeutet. Auch die Streckspannung und Bruchspannung reduzieren sich um ca. 20 % bzw. 33 %, was auf eine generelle Abschwächung der mechanischen Festigkeit hinweist.<br /> <br /> Auffällig ist jedoch, dass sich die Dehnungseigenschaften im Gegensatz dazu verbessert haben. Die Streckdehnung und Bruchdehnung steigen nach der Zeit in der Lösung, was auf ein deutlich duktileres Verhalten der Proben nach chemischer Einwirkung schließen lässt.<br /> <br /> === Schlagbiegeversuch ===<br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Chemie Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Einfluss Chemie ]]<br /> <br /> Das Ergebnis des Schlagbiegeversuchs zeigt erneut einen Scharnierbruch. Die Messwerte deuten auf einen starken Anstieg der aufgenommen Schlagenergie hin. Die Kerbschlagzähigkeit liegt nach dem Kontakt der Lösung auf rund 15 kJ/m² und somit rund 50% höher als bei den Unbehandelten Bauteilen. Auch die Schlagarbeit pro Kerblänge steigt von knapp 25 J/m auf Werte oberhalb von 35J/m an. Ähnlich wie bei der Zugprobe lässt sich hier eine Erweichung und Verminderung der Steifigkeit des Kunststoffes untersuchen. <br /> <br /> === Fazit ===<br /> <br /> Die Ergebnisse zeigen, dass die Reinigungslösung das Materialverhalten eindeutig verändert. Die Proben werden weicher, verlieren an Steifigkeit und zeigen geringere Festigkeiten, gleichzeitig verbessert sich das Verformungsverhalten, was auf molekulare Umstrukturierungen oder ein leichtes Anlösen von Polymerketten hindeuten könnte. Im Datenblatt wird eine Lösung dieser Art als besonders kritisch eingestuft, jedoch fallen die Labor Ergebnisse im Gegensatz dazu besser als gedacht aus. Die Bauteile zeigen keine sichtbaren Schäden oder Verformungen und behalten ihre ursprüngliche Form bei. Kurzfristige oder vereinzelte Reinigungsvorgänge sollten somit keine unmittelbare Gefahr für die Struktur des Kunststoffes darstellen, bei häufiger oder längerer Belastung muss der beobachtete Festigkeitsverlust jedoch berücksichtigt werden. Für den Praxiseinsatz empfiehlt sich daher die Verwendung milderer Mittel welche nicht auf Chlor basieren, um Langzeitschäden auszuschließen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Chemikalien_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4575 2025-06-27T12:59:01Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> Für Bauteile in einer Kaffeemaschine ist die Beständigkeit gegenüber chemischen Reinigungs- und Entkalkungsmitteln von großer Bedeutung. In diesem Arbeitspaket wird untersucht, wie sich eine längere Aussetzung gegenüber solchen Chemikalien auf das Materialverhalten auswirkt. Die Proben werden dafür in eine geeignete Lösung eingetaucht, in diesem Fall ein Chlorbasiertes Reinigungsmittel. Im Datenblatt von GreenTEC Pro steht hierzu das der Kunststoff speziell anfällig gegenüber solcher Chemikalien ist, weshalb hier untersucht wird welche Auswirkungen eine Reinigung mit solch einer Lösung auf Materialeigenschaften mit sich zieht. Ziel ist es, potenzielle Materialschwächungen oder Beeinträchtigungen der Oberflächenstruktur zu identifizieren.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Der Versuch zur Chemischen Einwirkung auf Bauteilfestigkeit läuft in vielen Aspekten ähnlich wie der von dem Einfluss von Wasser. Zur Untersuchung wurden ebenfalls neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in die Chemische Lösung vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für 15 Minuten in eine Reinigungslösung eingelegt, um ein intensives bzw. wiederholtes Reinigen zu simulieren. Die Lösung bestand aus einem Mischungsverhältnis von 1:5 (Reinigungsmittel zu Wasser), konkret 200 ml Wasser und 40 ml eines stark alkalischen Reinigungsmittels. Dieses Verhältnis entspricht den Herstellerangaben für reguläre Reinigungsanwendungen.<br /> Nach Ablauf der Einwirkzeit wurden die Bauteile vorsichtig entnommen und mit klarem Wasser abgespült, um Rückstände des Reinigungsmittels zu entfernen und die Prüfteile für die anschließenden Untersuchungen vorzubereiten.<br /> Auch hier folgen die Schlagbiegeproben zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Die Einflussbedingungen der Probearten unterscheiden sie jedoch nicht.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach der chemischen Einwirkung zeigten die Prüfkörper keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Lediglich die Beschriftungen mit Permanentmarker hatten sich gelöst.<br /> Die Abmessungen (Länge, Breite, Höhe) blieben bei allen Proben unverändert im Vergleich zu den Ausgangswerten. Beim Gewicht der Schlagbiegeproben wurde eine Veränderung von etwa 8 % festgestellt. Da jedoch einige dieser Proben leichte Druckfehler aufwiesen, lässt sich nicht mit Sicherheit sagen, ob die Abweichung ausschließlich durch den Chemikalieneinfluss verursacht wurde, wahrscheinlicher ist der Gewichtsunterschied dank Knoten im Filament.<br /> <br /> Insgesamt fiel das Ergebnis der chemischen Belastung hier bereits deutlich besser aus als zunächst erwartet, insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass das verwendete Reinigungsmittel laut Herstellerdatenblatt als potenziell kritisch für Kunststoffe eingestuft wird.<br /> <br /> == Laborversuch ==<br /> <br /> === Zugversuch ===<br /> <br /> Ähnlich wie bei der Untersuchung von Einfluss von Wasser, wurden hier auch nicht alle Z-Proben verwendet. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;220&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Chemie Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten des ersten Laborversuchs, Einfluss Chemie<br /> Datei:Zugversuch Chemie Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Chemie Z2 Diagramm.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> <br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Lösung !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~2336 || ↓ ca. 39 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~32,6 || ↓ ca. 20 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,57 || ↑ ca. 27 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~21,6 || ↓ ca. 33 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 6,4 || ↑ ca. 80 %<br /> |}<br /> <br /> Es zeigen sich bei den anschließenden Zugversuchen signifikante Veränderungen der Materialeigenschaften im Vergleich zur Referenzserie ohne Einfluss. Das Elastizitätsmodul sinkt stark, was eine deutlich geringere Steifigkeit des Materials nach der chemischen Belastung bedeutet. Auch die Streckspannung und Bruchspannung reduzieren sich um ca. 20 % bzw. 33 %, was auf eine generelle Abschwächung der mechanischen Festigkeit hinweist.<br /> <br /> Auffällig ist jedoch, dass sich die Dehnungseigenschaften im Gegensatz dazu verbessert haben. Die Streckdehnung und Bruchdehnung steigen nach der Zeit in der Lösung, was auf ein deutlich duktileres Verhalten der Proben nach chemischer Einwirkung schließen lässt.<br /> <br /> === Schlagbiegeversuch ===<br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Chemie Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Einfluss Chemie ]]<br /> <br /> Das Ergebnis des Schlagbiegeversuchs zeigt erneut einen Scharnierbruch. Die Messwerte deuten auf einen starken Anstieg der aufgenommen Schlagenergie hin. Die Kerbschlagzähigkeit liegt nach dem Kontakt der Lösung auf rund 15 kJ/m² und somit rund 50% höher als bei den Unbehandelten Bauteilen. Auch die Schlagarbeit pro Kerblänge steigt von knapp 25 J/m auf Werte oberhalb von 35J/m an. Ähnlich wie bei der Zugprobe lässt sich hier eine Erweichung und Verminderung der Steifigkeit des Kunststoffes untersuchen. <br /> <br /> === Fazit ===<br /> <br /> Die Ergebnisse zeigen, dass die Reinigungslösung das Materialverhalten eindeutig verändert. Die Proben werden weicher, verlieren an Steifigkeit und zeigen geringere Festigkeiten, gleichzeitig verbessert sich das Verformungsverhalten, was auf molekulare Umstrukturierungen oder ein leichtes Anlösen von Polymerketten hindeuten könnte. Im Datenblatt wird eine Lösung dieser Art als besonders kritisch eingestuft, jedoch fallen die Labor Ergebnisse im Gegensatz dazu besser als gedacht aus. Die Bauteile zeigen keine sichtbaren Schäden oder Verformungen und behalten ihre ursprüngliche Form bei. Kurzfristige oder vereinzelte Reinigungsvorgänge sollten somit keine unmittelbare Gefahr für die Struktur des Kunststoffes darstellen, bei häufiger oder längerer Belastung muss der beobachtete Festigkeitsverlust jedoch berücksichtigt werden. Für den Praxiseinsatz empfiehlt sich daher die Verwendung milderer Mittel welche nicht auf Bleiche basieren, um Langzeitschäden auszuschließen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Projektarbeit_Simon_Besl,_Matthias_Strohmeier,_Maximilian_Wimmer&diff=4574 2025-06-26T15:01:27Z

<p>Maximilian Wimmer: /* ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck */</p> <hr /> <div>&lt;htmltag tagname=&quot;img&quot; src=&quot;http://vg04.met.vgwort.de/na/01eb38e54a1640e4910af65aa621c0fc&quot; width=&quot;1&quot; height=&quot;1&quot; alt=&quot;&quot;&gt;&lt;/htmltag&gt;<br /> = Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =<br /> <br /> == Aufgabenanalyse ==<br /> <br /> ===Lasergravieren von Kunststofffolien Folien zur Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)===<br /> In diesem globalen Arbeitspaket wird die Bearbeitung von (PET-) Folien mittels Lasergravur sowie die anschließende Beschichtung von FDM-3D-Druckplatten mit diesen untersucht. Es werden verschiedene (PET-) Ausgangsfolien ausgewählt, die auf Druckplatten geklebt werden können. Diese dienen als Ausgangsmaterial. &lt;br&gt;<br /> <br /> Zunächst werden verschiedene Laserbearbeitungsverfahren in Verbindung mit PET-<br /> Folien recherchiert. Bei der Laserbearbeitung von Kunststofffolien sind häufig Parameter wie die Wellenlänge des Laserlichts, die Laserleistung oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit entscheidend für ein erfolgreiches Beschriftungsergebnis. Diese und möglicherweise weitere Parameter werden recherchiert, sortiert und anschließend getestet. Auch die Form und Komplexität der Gravur kann hierbei eine Rolle spielen und wird untersucht. &lt;br&gt;<br /> Zusätzlich stellt sich die Frage, wie lange eine solche Textur – beispielsweise eine Nummer oder ein Logo – über eine PET-Folie auf Bauteile aufgedruckt werden kann, bevor die Folie verschleißt. Das gesamte Vorgehen wird im ersten Schritt sorgfältig geplant und vorbereitet, da der Zugang zu einem Laserbeschrifter nicht jederzeit garantiert werden kann. Somit liegt der erste Fokus klar auf der Recherche, Planung und Vorbereitung der Versuche. Als zusätzliche Untersuchung kann das „GreenTec Pro“-Filament der Marke Extrudr auf direkte Lasergravur und -bearbeitung hin untersucht werden. Hierbei werden gedruckte Bauteile mit verschiedenen Laserparametern beschossen und anschließend ausgewertet.<br /> <br /> === Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern (Simon Besl) ===<br /> Im Rahmen dieses Arbeitspakets wird der Einfluss unterschiedlicher FDM-3D-Drucker auf die resultierende Oberflächenqualität von Druckteilen systematisch untersucht. Ziel ist es, Druckergebnisse hinsichtlich ihrer optischen und haptischen Qualität sowie geometrischen Maßhaltigkeit vergleichend zu analysieren.<br /> <br /> Dazu wird zunächst ein standardisiertes Testbauteil konstruiert, das gezielt typische Herausforderungen im FDM-Druck integriert – darunter Überhänge über 45°, filigrane Details sowie Flächen zur Bewertung von Textur und Layer-Bildung. Dieses Testobjekt dient als Referenzmodell für alle Druckversuche.<br /> <br /> Im Anschluss erfolgt der Druck des Testobjekts auf mehreren 3D-Druckern unterschiedlicher Hersteller unter möglichst einheitlichen Druckparametern. Zusätzlich wird der Einfluss verschiedener Slicer-Programme (z. B. Cura, PrusaSlicer, Orca) analysiert, indem identische Modelle mit jeweils softwaretypischen Standardprofilen gesliced und verglichen werden.<br /> <br /> Die gedruckten Bauteile werden in zwei Schritten ausgewertet:<br /> <br /> # '''Subjektive Analyse:''' In einem Blindtest beurteilen sowohl Laien als auch Projektteilnehmende die Oberflächenqualität der Druckteile hinsichtlich Gleichmäßigkeit, Schichtlinien und Haptik.<br /> # '''Objektive Analyse:''' Mittels Messmitteln (z. B. Bügelmessschraube) werden Maßhaltigkeit, Detailtreue sowie eventuelle Verzüge dokumentiert und gegenübergestellt.<br /> <br /> Als zusätzlicher Untersuchungsaspekt wird bei Bedarf der Einfluss unterschiedlicher Düsendicken auf die Oberflächenqualität und Druckgeschwindigkeit geprüft. Hierzu wird das Testobjekt mit unterschiedlichen Düsendicken gedruckt um zu prüfen, ob eine Steigerung der Druckgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Oberflächengüte möglich ist.<br /> <br /> ===Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer)===<br /> In diesem Arbeitspaket wird die mechanische Belastbarkeit von 3D-gedruckten Bauteilen einer Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die Eigenschaften unbehandelter Teile als auch ihr Verhalten unter Einflüssen wie Wasser, Temperatur und Chemikalien betrachtet.<br /> <br /> Zunächst erfolgen Laborversuche wie Zug- und Schlagbiegeprüfungen, um die Ergebnisse mit den Herstellerangaben zu vergleichen und Referenzwerte für spätere Tests zu gewinnen. Anschließend wird die Wasseraufnahme experimentell bestimmt, inklusive der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und mögliche optische oder geometrische Veränderungen.<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit wird über Wärmeformbeständigkeitsprüfungen sowie durch wiederholtes Erhitzen und Abkühlen getestet. In Kombination mit einem heißen Wasserbad, solle es realistische Bedingungen simulieren.<br /> <br /> Zudem wird die Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Reinigungs- und Entkalkungsmitteln untersucht, indem Bauteile über längere Zeit in entsprechenden Lösungen gelagert und anschließend analysiert werden.<br /> <br /> == Zielvereinbarung ==<br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets &quot;''Lasergravieren von (PET-) Folien zur Druckplattenbeschichtung''&quot; ist es, eine klare Dokumentation über alle relevanten Möglichkeiten und Parameter der Lasergravur von mit PET-Folien beschichteten Druckplatten sowie der direkten Laserbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen zu erstellen. Die Ergebnisse sollen klar nachvollziehbar und reproduzierbar sein. <br /> <br /> Zielsetzung des Arbeitspakets „''Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit''“ ist die genaue Analyse der Festigkeitseigenschaften des Kunststoffs GreenTec Pro im Vergleich zu den vom Hersteller angegebenen Werten. Ebenso sollen die Veränderungen der Materialeigenschaften unter typischen Einsatzbedingungen einer Kaffeemaschine, Einwirkung von Wasser, Temperatur und Chemikalien, untersucht werden. <br /> <br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets „''Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern''“ liegt in der systematischen Untersuchung des Einflusses verschiedener FDM-Drucker, Slicer-Software und Düsen auf die Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen. Dazu wird ein standardisiertes Testmodell entwickelt. Die Ergebnisse werden sowohl subjektiv (z. B. durch Blindtests) als auch objektiv (z. B. Maßanalyse, Verzugsmessung) bewertet. Ziel ist es, verlässliche Aussagen über den Zusammenhang zwischen Drucktechnik und Bauteilqualität zu treffen und diese in die Gesamtbewertung des Projekts einzubinden.<br /> <br /> == Besprechungsprotokolle ==<br /> [[FDM-Druck Startgespräch 27.03.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 25.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 09.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 23.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 06.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 20.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.07.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Abschlusspräsentation 25.07.2025]]<br /> <br /> == Arbeitspakete ==<br /> === Status ===<br /> 10 - Erfasst&lt;br&gt;<br /> 30 - in Bearbeitung&lt;br&gt;<br /> 50 - Lösung definiert&lt;br&gt;<br /> 70 - in Umsetzung&lt;br&gt;<br /> 90 - Umsetzung abgeschlossen&lt;br&gt;<br /> 99 - Abbruch per Beschluss (Dokumentation dazu erforderlich)&lt;br&gt;<br /> 100 - Maßnahme bestätigt&lt;br&gt;<br /> <br /> === ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck ===<br /> <br /> {| class=&quot;wikitable sortable&quot;<br /> |+ <br /> |-<br /> ! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV <br /> |-<br /> | 1 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 70 || <br /> |-<br /> | 2 || [[Slicer|Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 3 || [[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 ||<br /> |-<br /> | 4 || [[Festigkeit|Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 06.06.2025<br /> |-<br /> | 4.1 || [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.2 || [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 70 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.3 || [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 5 || [[Laserbeschriftung (PET-) Folien und anschließende Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)]] || Matthias Strohmeier || || 70 ||<br /> |-<br /> | 5.1 || [[Laserbeschriftung von Folien bzw. Druckplatten (Matthias Strohmeier)]] || || || 70 || 19.06.2025<br /> |-<br /> | 5.2 || [[Drucken der Bauteile auf zuvor gravierte Druckplatte (&quot;Prägedruck&quot;) (Matthias Strohmeier)]] || || || 70 || 19.06.2025<br /> |}</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Temperatur_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4513 2025-06-20T18:49:28Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Thermisches Aufheizen */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> Da Bauteile in Kaffeemaschinen typischerweise erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, wird in diesem Arbeitspaket die Temperaturbeständigkeit des verwendeten Materials untersucht. Zunächst erfolgt eine Thermische Festigkeitsprüfung über eine Erhitzung des Bauteils und eine anschließende Mechanische Prüfung. Ebenso wird geprüft, ob wiederholte thermische Zyklen (Erhitzen und Abkühlen) strukturelle Veränderungen oder Stabilitätsverluste hervorrufen. Geplant ist hierfür eine kombinierte Prüfung mit Wasseraufnahme, durch ein heiße Wasserbad, um möglichst realitätsnahe Belastungen zu simulieren.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Zur Untersuchung des Einflusses von Temperatur waren insgesamt neun Probekörper pro Versuch geplant, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor den Versuchen vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf === <br /> <br /> Um die thermische Belastbarkeit der 3D-gedruckten Bauteile realitätsnah abzuschätzen, wurden zwei unterschiedliche Versuchsszenarien durchgeführt.<br /> <br /> '''Wiederholte thermische Zyklen'''<br /> <br /> Zunächst wurden zyklische Temperaturwechsel simuliert, wie sie während dem Nutzungsverlauf in einer Kaffeemaschine auftreten. Die Proben wurden zwanzigmal hintereinander für jeweils fünf Minuten in kochendem Wasser (≈ 100 °C) gehalten und anschließend etwa zehn Minuten an Umgebungsluft langsam, um keinen Thermoshock zu verursachen, abgekühlt. Dieser Langzeit-Zyklus dient dazu, potentielle strukturelle Veränderungen, wie Layer-Delamination oder einen graduellen Verlust der Steifigkeit, frühzeitig zu erkennen.<br /> <br /> '''Thermisches Aufheizen'''<br /> <br /> Im zweiten Teilversuch wurde die Festigkeit des Materials direkt bei erhöhter Temperatur untersucht. Laut Datenblatt liegen die relevanten Kennwerte bei HDT/B ≈ 115 °C, VICAT A ≈ 160 °C und einer Schmelztemperatur von 180–200 °C. Da 3D-gedruckte Proben erfahrungsgemäß empfindlicher reagieren als Spritzgussteile, wurde eine Prüf-Temperatur von 135 °C gewählt. Dieser Wert liegt deutlich über der HDT/B-Grenze, bleibt aber unterhalb von VICAT A und spiegelt gleichzeitig die maximalen Betriebsbedingungen eines Kaffeemaschinen-Boilers (≈ 130 °C) wider.<br /> <br /> Die aufgewärmten Proben wurden unmittelbar nach dem entnehmen aus dem Ofen geprüft, um ein reales Aufheiz-/Abkühlprofil des Werkstoffs abzubilden. Dank eines längeren Labor-Slots konnten Zug- und Schlagbiegeversuche am selben Tag durchgeführt werden, sodass mögliche Alterungseffekte zwischen Erhitzen und mechanischer Prüfung ausgeschlossen sind.<br /> <br /> Mit diesen beiden Versuchsreihen lassen sich sowohl langzeitige thermische Einflüsse als auch unmittelbare Hochtemperatur-Belastungen beurteilen.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> '''Wiederholte thermische Zyklen'''<br /> <br /> Bereits während der ersten Zyklen aus Aufheizen und Abkühlen bildeten sich auf den Bauteiloberflächen Kalkflecken. Das Kochwasser war nicht entmineralisiert, sodass sich Salze beim Verdampfen anhaften. Die Ausprägung ist kein Hinweis auf eine besondere Kalkanfälligkeit des Kunststoffs, sondern ein übliches Phänomen in hartem Leitungswasser.<br /> <br /> Deutlich auffälliger waren die geometrischen Veränderungen. Die hochkant gedruckten Zugproben verlängerten sich nach 20 Zyklen um etwa 1,5 – 2 cm und zeigten eine leichte Durchbiegung, die zuvor nicht vorhanden war [Bild 1].<br /> [[Datei:Zugversuchs TemperaturausdehnungV2.jpg|mini|200px| Bild 1: Zugversuchprobe Vergleich Wiederholte thermische Zyklen und unbehandelt]] Umgekehrt schrumpften die flach gedruckten Zugproben sowie die Schlagbiegeproben geringfügig, ihre Länge verringerte sich um etwa 0,5 cm. Diese entgegengesetzte Richtungsausdehnung lässt sich aufgrund der Schichtorientierung erklären. Hochkant gedruckte Proben sind in Z-Richtung weniger dicht gepackt und können sich bei Erweichung unter Eigengewicht strecken, während flach gedruckte Proben vor allem innenliegende Druckspannungen abbauen und deshalb etwas zusammenschrumpfen. Das Gesamtgewicht blieb bei allen Proben unverändert, womit kaum Feuchteaufnahme oder Materialverlust stattfand. Die beobachteten Längenänderungen lassen sich also auf einen Thermischen Einfluss zurückverfolgen.<br /> <br /> Die hochkant gedruckten Bauteile wiesen nach den 20 Zyklen eine ausgeprägte Sprödigkeit auf. Eine Zugprobe zerbrach bereits während des Transports, eine weitere brach beim Einspannen in die Prüfmaschine. Bei den flach gedruckten Proben ließ sich dieser Sprödigkeitsgrad hingegen nicht beobachten.<br /> <br /> '''Thermisches Aufheizen'''<br /> <br /> Während der Aufwärmung im Ofen bei 135 °C erweichte GreenTEC Pro so stark, dass die Proben mit höchster Vorsicht entnommen werden mussten. Ein halten des Kunststoffes in der Mitte der Zugprobe führte sofort zu sichtbaren Verbiegungen an den enden des Bauteils. Die hochkant gedruckten Zugstäbe waren besonders empfindlich. Alle drei brachen beim Herausnehmen unter ihrem eigenen Gewicht, bevor sie die Prüfmaschine erreichten. Diese Beobachtung zeigt bereits, dass der Werkstoff oberhalb der HDT-Temperatur zwar nicht schmilzt, aber nahezu jede strukturelle Steifigkeit verliert und ohne äußere Stabilisierung seine Form nicht mehr halten kann.<br /> <br /> == Laborversuche ==<br /> <br /> === Wiederholte thermische Zyklen === <br /> <br /> ==== Zugversuche ====<br /> <br /> Die flachgedruckten Zugproben wurden zuerst untersucht. Anzumerken ist das die Versuchsreihen für die thermischen Zyklen &quot;Langzeit Wasseraufnahme&quot; heißen, es handelt sich hierbei um die richtigen Ergebnisse der Name Wiederholte thermische Zyklen wurde jedoch erst später im Projekt festgelegt da er zutreffender ist. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 2] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 3] und [Bild 4].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;125&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch ThermischeZyklen Daten.png|Bild 2: Zugversuchdaten, wiederholte thermische Zyklen<br /> Datei:Zugversuch ThermischeZyklen Diagramm.png|Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch ThermischeZyklenZ Diagramm.png| Bild 4: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach therm. Zyklen !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~2547 || ↓ ca. 33,5 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~29,3 || ↓ ca. 28 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~28 || ↓ ca. 12,5 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 2 || ↓ ca. 40 %<br /> |}<br /> <br /> Die thermische Alterung zeigt für die zwei unterschiedlichen Zugprobearten unterschiedliche Bilder. Innerhalb der Schichten beim Flachgedruckten Bauteil (XY-Richtung) bewirken die Heiz-/Abkühlzyklen einen deutlichen Rückgang von Steifigkeit und Festigkeit, das Elastizitätsmodul sinkt um gut 33,5 %, auch die Bruchspannung sinkt. Das Material wird also etwas weicher, aber nicht spröder.<br /> In Schichtrichtung beim Hochkantgedruckten Bauteil(Z-Richtung) zeigt sich ein anderes Ergebnis. Die zwischen-layer Haftung bricht beinahe vollständig weg, sodass die Probe nahezu ohne Verformung versagt, es zeigt sich ein ausgesprochen sprödes Verhalten.<br /> <br /> Damit bildet sich ein sehr Interessantes Ergebnis, GreenTEC Pro altert durch zyklische Temperaturbelastung in der Ebene eher duktiler, verliert aber senkrecht zur Schichtrichtung drastisch an Zähigkeit. Für Bauteile, die regelmäßig großen Temperaturwechseln ausgesetzt sind, muss deshalb sowohl die Druckorientierung sorgfältig berücksichtigt werden.<br /> <br /> ==== Schlagbiegeversuche ====<br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche wurden unter den gleichen Konditionen wie die Zugversuche durchgeführt. Die Ergebnisse der Prüfungen finden sich in [Bild 5].<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch ThermischeZyklen Daten.png|mini|500px|zentriert| Bild 5: Schlagbiegeversuchdaten, Wiederholte thermische Zyklen]]<br /> <br /> Nach rund zwanzig Temperaturwechseln kam es bei allen drei Schlagbiegeproben das erste mal zu einem vollständige Bruch (Versagensart C). Die Kerbschlagzähigkeit lag nur noch bei rund 8,4 kJ/m², deutlich unter den 10 kJ/m² der unbeeinflussten Proben. Auch die Schlagarbeit pro Kerblänge sank auf rund 21 J/m im Gegensatz zu den rund 25 J/m ohne Einflüsse.<br /> <br /> Das Ergebnis zeigt erneut, dass bei wiederholten thermischen Zyklen die Proben deutlich spröder werden können. Das Material nimmt weniger Energie auf und versagt nun durch vollständiges Durchbrechen statt durch einen Scharnierbruch.<br /> <br /> ==== Fazit ====<br /> <br /> Die Versuchsreihe bestätigt, dass GreenTEC Pro unter häufigen Heiz-/Abkühl­zyklen vor allem in Schichtrichtung deutlich an Zähigkeit verliert, während Bauteile in der Druckebene weicher werden aber ihre Funktions­fähigkeit größtenteils behalten. Damit ist die Druck­orientierung ein essenzielles Konstruktions­kriterium, Belastungs­relevante Strukturen sollten möglichst in XY-Richtung ausgerichtet, falls sie zyklischer Hitze ausgesetzt sind.<br /> <br /> <br /> === Thermisches Aufheizen === <br /> <br /> ==== Zugversuche ====<br /> <br /> Wie bereits erwähnt, wurden ausschließlich die flach gedruckten Zugproben untersucht, da die in Z-Richtung gedruckten Proben bereits vor den Versuchen brachen. Ebenso konnte der Erste Versuche wegen einem Technischen Problem nicht aufgenommen werden und musst abgebrochen werden. Die Prüfdaten sind in [Bild 6] dargestellt, das zugehörige Spannungs-Dehnungs-Diagramm in [Bild 7].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch ThermischesAufheizen Daten.png|Bild 6: Zugversuchdaten des Laborversuchs, Thermisches Aufheizen<br /> Datei:Zugversuch ThermischesAufheizen Diagramm.png|Bild 7: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Erhitzung !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~67,5 || ↓ ca. 98 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~3,55 || ↓ ca. 89 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 90,5 || ↑ ca. 2640 %<br /> |}<br /> <br /> Die einmalige Aufheizung der Proben auf 135 °C, führt zu einer drastischen Änderung des Werkstoffverhaltens. Das Elastizitätsmodul bricht drastisch ein, die Bruchspannung sinkt parallel um ca. 89% des ursprünglichen Wertes. Auch die Bruchdehnung zeigt eine erhebliche Änderung von rund 2640%.<br /> <br /> Das Material verliert damit nahezu seine gesamte Steifigkeit und Festigkeit, verhält sich aber hoch-duktil. Die Prüfkörper lassen sich über große Längen strecken, ohne sofort zu reißen.<br /> <br /> In der Praxis bedeutet dies, dass Bauteile aus GreenTEC Pro bei Temperaturen im Bereich von 130–140 °C zwar nicht spröde brechen, jedoch praktisch keine tragende Funktion mehr erfüllen und sich stark verformen.<br /> <br /> ==== Schlagbiegeversuche ====<br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche wurden unter den gleichen Konditionen wie die Zugversuche durchgeführt. Die Ergebnisse der Prüfungen finden sich in [Bild 8].<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch ThermischeErhitzung Daten.png|mini|500px|zentriert| Bild 8: Schlagbiegeversuchdaten, Thermische Erhitzung]]<br /> <br /> Nach dem Ofendurchlauf zeigten die Schlagbiegeproben ein vollkommen anderes Verhalten als in allen vorherigen Schlagbiegeprüfreihen. Der 5-J-Hammer schlug die Proben von der Prüfstation ohne jegliche Veränderung am Bauteil zu bewirken. Da der Hammer keinen Bruch verursacht und lediglich die Proben nach hinten schleudert, entwertete der Computer jeden Prüfversuch als Fehlversuch.<br /> <br /> Die Aufgeheizten Prüfkörper speicherten die Schlagenergie elastisch, ohne das es zu einem Plastischem Bruch kommt. Das Ergebnis bestätigt die Beobachtungen aus dem Zugversuch, bei etwa 135 °C verliert GreenTEC Pro seine Steifigkeit fast vollständig und verhält sich gummiartig. Unter solchen Bedingungen trägt das Material keine strukturelle Last mehr, sondern wirkt lediglich als federnder Körper.<br /> <br /> ==== Fazit ====<br /> <br /> Die Tests belegen eindeutig, dass GreenTEC Pro bei einer einmaligen Erwärmung auf 135 °C seine mechanische Tragfähigkeit verliert. Unter dieser Temperatur verhält sich das Material gummiartig: Es verformt sich stark, speichert Schlagenergie elastisch und liefert im Zugversuch kaum noch Festigkeitswerte. Damit ist der Kunststoff in diesem Temperaturbereich konstruktiv nicht mehr einsetzbar.<br /> <br /> Zu berücksichtigen ist jedoch, dass im Boiler der Kaffeemaschine nicht nur hohe Temperaturen, sondern zugleich Drücke von etwa 1300 – 1500 mbar anliegen. Die Prüfkörper wurden ausschließlich temperaturbelastet und anschließend Mechanische geprüft, eine Druckbelastung bei dieser Temperatur fand nicht statt. Das reale Zusammenspiel von Temperatur mit Druck könnte daher zu abweichenden Resultaten führen. Trotzdem zeigt der Versuch, dass GreenTEC Pro bei Temperaturen von 135 °C keinerlei strukturelle Sicherheit mehr bietet und in druckbelasteten Bereichen konsequent unterhalb dieser Temperaturgrenze eingesetzt werden sollte.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Temperatur_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4512 2025-06-20T18:42:55Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Dokumentation und Beobachtungen */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> Da Bauteile in Kaffeemaschinen typischerweise erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, wird in diesem Arbeitspaket die Temperaturbeständigkeit des verwendeten Materials untersucht. Zunächst erfolgt eine Thermische Festigkeitsprüfung über eine Erhitzung des Bauteils und eine anschließende Mechanische Prüfung. Ebenso wird geprüft, ob wiederholte thermische Zyklen (Erhitzen und Abkühlen) strukturelle Veränderungen oder Stabilitätsverluste hervorrufen. Geplant ist hierfür eine kombinierte Prüfung mit Wasseraufnahme, durch ein heiße Wasserbad, um möglichst realitätsnahe Belastungen zu simulieren.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Zur Untersuchung des Einflusses von Temperatur waren insgesamt neun Probekörper pro Versuch geplant, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor den Versuchen vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf === <br /> <br /> Um die thermische Belastbarkeit der 3D-gedruckten Bauteile realitätsnah abzuschätzen, wurden zwei unterschiedliche Versuchsszenarien durchgeführt.<br /> <br /> '''Wiederholte thermische Zyklen'''<br /> <br /> Zunächst wurden zyklische Temperaturwechsel simuliert, wie sie während dem Nutzungsverlauf in einer Kaffeemaschine auftreten. Die Proben wurden zwanzigmal hintereinander für jeweils fünf Minuten in kochendem Wasser (≈ 100 °C) gehalten und anschließend etwa zehn Minuten an Umgebungsluft langsam, um keinen Thermoshock zu verursachen, abgekühlt. Dieser Langzeit-Zyklus dient dazu, potentielle strukturelle Veränderungen, wie Layer-Delamination oder einen graduellen Verlust der Steifigkeit, frühzeitig zu erkennen.<br /> <br /> '''Thermisches Aufheizen'''<br /> <br /> Im zweiten Teilversuch wurde die Festigkeit des Materials direkt bei erhöhter Temperatur untersucht. Laut Datenblatt liegen die relevanten Kennwerte bei HDT/B ≈ 115 °C, VICAT A ≈ 160 °C und einer Schmelztemperatur von 180–200 °C. Da 3D-gedruckte Proben erfahrungsgemäß empfindlicher reagieren als Spritzgussteile, wurde eine Prüf-Temperatur von 135 °C gewählt. Dieser Wert liegt deutlich über der HDT/B-Grenze, bleibt aber unterhalb von VICAT A und spiegelt gleichzeitig die maximalen Betriebsbedingungen eines Kaffeemaschinen-Boilers (≈ 130 °C) wider.<br /> <br /> Die aufgewärmten Proben wurden unmittelbar nach dem entnehmen aus dem Ofen geprüft, um ein reales Aufheiz-/Abkühlprofil des Werkstoffs abzubilden. Dank eines längeren Labor-Slots konnten Zug- und Schlagbiegeversuche am selben Tag durchgeführt werden, sodass mögliche Alterungseffekte zwischen Erhitzen und mechanischer Prüfung ausgeschlossen sind.<br /> <br /> Mit diesen beiden Versuchsreihen lassen sich sowohl langzeitige thermische Einflüsse als auch unmittelbare Hochtemperatur-Belastungen beurteilen.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> '''Wiederholte thermische Zyklen'''<br /> <br /> Bereits während der ersten Zyklen aus Aufheizen und Abkühlen bildeten sich auf den Bauteiloberflächen Kalkflecken. Das Kochwasser war nicht entmineralisiert, sodass sich Salze beim Verdampfen anhaften. Die Ausprägung ist kein Hinweis auf eine besondere Kalkanfälligkeit des Kunststoffs, sondern ein übliches Phänomen in hartem Leitungswasser.<br /> <br /> Deutlich auffälliger waren die geometrischen Veränderungen. Die hochkant gedruckten Zugproben verlängerten sich nach 20 Zyklen um etwa 1,5 – 2 cm und zeigten eine leichte Durchbiegung, die zuvor nicht vorhanden war [Bild 1].<br /> [[Datei:Zugversuchs TemperaturausdehnungV2.jpg|mini|200px| Bild 1: Zugversuchprobe Vergleich Wiederholte thermische Zyklen und unbehandelt]] Umgekehrt schrumpften die flach gedruckten Zugproben sowie die Schlagbiegeproben geringfügig, ihre Länge verringerte sich um etwa 0,5 cm. Diese entgegengesetzte Richtungsausdehnung lässt sich aufgrund der Schichtorientierung erklären. Hochkant gedruckte Proben sind in Z-Richtung weniger dicht gepackt und können sich bei Erweichung unter Eigengewicht strecken, während flach gedruckte Proben vor allem innenliegende Druckspannungen abbauen und deshalb etwas zusammenschrumpfen. Das Gesamtgewicht blieb bei allen Proben unverändert, womit kaum Feuchteaufnahme oder Materialverlust stattfand. Die beobachteten Längenänderungen lassen sich also auf einen Thermischen Einfluss zurückverfolgen.<br /> <br /> Die hochkant gedruckten Bauteile wiesen nach den 20 Zyklen eine ausgeprägte Sprödigkeit auf. Eine Zugprobe zerbrach bereits während des Transports, eine weitere brach beim Einspannen in die Prüfmaschine. Bei den flach gedruckten Proben ließ sich dieser Sprödigkeitsgrad hingegen nicht beobachten.<br /> <br /> '''Thermisches Aufheizen'''<br /> <br /> Während der Aufwärmung im Ofen bei 135 °C erweichte GreenTEC Pro so stark, dass die Proben mit höchster Vorsicht entnommen werden mussten. Ein halten des Kunststoffes in der Mitte der Zugprobe führte sofort zu sichtbaren Verbiegungen an den enden des Bauteils. Die hochkant gedruckten Zugstäbe waren besonders empfindlich. Alle drei brachen beim Herausnehmen unter ihrem eigenen Gewicht, bevor sie die Prüfmaschine erreichten. Diese Beobachtung zeigt bereits, dass der Werkstoff oberhalb der HDT-Temperatur zwar nicht schmilzt, aber nahezu jede strukturelle Steifigkeit verliert und ohne äußere Stabilisierung seine Form nicht mehr halten kann.<br /> <br /> == Laborversuche ==<br /> <br /> === Wiederholte thermische Zyklen === <br /> <br /> ==== Zugversuche ====<br /> <br /> Die flachgedruckten Zugproben wurden zuerst untersucht. Anzumerken ist das die Versuchsreihen für die thermischen Zyklen &quot;Langzeit Wasseraufnahme&quot; heißen, es handelt sich hierbei um die richtigen Ergebnisse der Name Wiederholte thermische Zyklen wurde jedoch erst später im Projekt festgelegt da er zutreffender ist. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 2] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 3] und [Bild 4].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;125&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch ThermischeZyklen Daten.png|Bild 2: Zugversuchdaten, wiederholte thermische Zyklen<br /> Datei:Zugversuch ThermischeZyklen Diagramm.png|Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch ThermischeZyklenZ Diagramm.png| Bild 4: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach therm. Zyklen !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~2547 || ↓ ca. 33,5 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~29,3 || ↓ ca. 28 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~28 || ↓ ca. 12,5 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 2 || ↓ ca. 40 %<br /> |}<br /> <br /> Die thermische Alterung zeigt für die zwei unterschiedlichen Zugprobearten unterschiedliche Bilder. Innerhalb der Schichten beim Flachgedruckten Bauteil (XY-Richtung) bewirken die Heiz-/Abkühlzyklen einen deutlichen Rückgang von Steifigkeit und Festigkeit, das Elastizitätsmodul sinkt um gut 33,5 %, auch die Bruchspannung sinkt. Das Material wird also etwas weicher, aber nicht spröder.<br /> In Schichtrichtung beim Hochkantgedruckten Bauteil(Z-Richtung) zeigt sich ein anderes Ergebnis. Die zwischen-layer Haftung bricht beinahe vollständig weg, sodass die Probe nahezu ohne Verformung versagt, es zeigt sich ein ausgesprochen sprödes Verhalten.<br /> <br /> Damit bildet sich ein sehr Interessantes Ergebnis, GreenTEC Pro altert durch zyklische Temperaturbelastung in der Ebene eher duktiler, verliert aber senkrecht zur Schichtrichtung drastisch an Zähigkeit. Für Bauteile, die regelmäßig großen Temperaturwechseln ausgesetzt sind, muss deshalb sowohl die Druckorientierung sorgfältig berücksichtigt werden.<br /> <br /> ==== Schlagbiegeversuche ====<br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche wurden unter den gleichen Konditionen wie die Zugversuche durchgeführt. Die Ergebnisse der Prüfungen finden sich in [Bild 5].<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch ThermischeZyklen Daten.png|mini|500px|zentriert| Bild 5: Schlagbiegeversuchdaten, Wiederholte thermische Zyklen]]<br /> <br /> Nach rund zwanzig Temperaturwechseln kam es bei allen drei Schlagbiegeproben das erste mal zu einem vollständige Bruch (Versagensart C). Die Kerbschlagzähigkeit lag nur noch bei rund 8,4 kJ/m², deutlich unter den 10 kJ/m² der unbeeinflussten Proben. Auch die Schlagarbeit pro Kerblänge sank auf rund 21 J/m im Gegensatz zu den rund 25 J/m ohne Einflüsse.<br /> <br /> Das Ergebnis zeigt erneut, dass bei wiederholten thermischen Zyklen die Proben deutlich spröder werden können. Das Material nimmt weniger Energie auf und versagt nun durch vollständiges Durchbrechen statt durch einen Scharnierbruch.<br /> <br /> ==== Fazit ====<br /> <br /> Die Versuchsreihe bestätigt, dass GreenTEC Pro unter häufigen Heiz-/Abkühl­zyklen vor allem in Schichtrichtung deutlich an Zähigkeit verliert, während Bauteile in der Druckebene weicher werden aber ihre Funktions­fähigkeit größtenteils behalten. Damit ist die Druck­orientierung ein essenzielles Konstruktions­kriterium, Belastungs­relevante Strukturen sollten möglichst in XY-Richtung ausgerichtet, falls sie zyklischer Hitze ausgesetzt sind.<br /> <br /> <br /> === Thermisches Aufheizen === <br /> <br /> ==== Zugversuche ====<br /> <br /> Wie bereits erwähnt, wurden ausschließlich die flach gedruckten Zugproben untersucht, da die in Z-Richtung gedruckten Proben bereits vor den Versuchen brachen. Ebenso konnte der Erste Versuche wegen einem Technischen Problem nicht aufgenommen werden und musst abgebrochen werden. Die Prüfdaten sind in [Bild 6] dargestellt, das zugehörige Spannungs-Dehnungs-Diagramm in [Bild 7].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch ThermischesAufheizen Daten.png|Bild 6: Zugversuchdaten des Laborversuchs, Thermisches Aufheizen<br /> Datei:Zugversuch ThermischesAufheizen Diagramm.png|Bild 7: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Erhitzung !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~67,5 || ↓ ca. 98 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~3,55 || ↓ ca. 89 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 90,5 || ↑ ca. 2640 %<br /> |}<br /> <br /> Die einmalige Aufheizung der Proben auf 135 °C, führt zu einer drastischen Änderung des Werkstoffverhaltens. Das Elastizitätsmodul bricht von zuvor rund 3 800 MPa auf Werte um 70 MPa ein, die Bruchspannung sinkt parallel um ca. 89% des ursprünglichen Wertes. Auch die Bruchdehnung zeigt eine erhebliche Änderung von rund 2640%.<br /> <br /> Das Material verliert damit nahezu seine gesamte Steifigkeit und Festigkeit, verhält sich aber hoch-duktil. Die Prüfkörper lassen sich über große Längen strecken, ohne sofort zu reißen.<br /> <br /> In der Praxis bedeutet dies, dass Bauteile aus GreenTEC Pro bei Temperaturen im Bereich von 130–140 °C zwar nicht spröde brechen, jedoch praktisch keine tragende Funktion mehr erfüllen und sich stark verformen.<br /> <br /> ==== Schlagbiegeversuche ====<br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche wurden unter den gleichen Konditionen wie die Zugversuche durchgeführt. Die Ergebnisse der Prüfungen finden sich in [Bild 8].<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch ThermischeErhitzung Daten.png|mini|500px|zentriert| Bild 8: Schlagbiegeversuchdaten, Thermische Erhitzung]]<br /> <br /> Nach dem Ofendurchlauf zeigten die Schlagbiegeproben ein vollkommen anderes Verhalten als in allen vorherigen Schlagbiegeprüfreihen. Der 5-J-Hammer schlug die Proben von der Prüfstation ohne jegliche Veränderung am Bauteil zu bewirken. Da der Hammer keinen Bruch verursacht und lediglich die Proben nach hinten schleudert, entwertete der Computer jeden Prüfversuch als Fehlversuch.<br /> <br /> Die Aufgeheizten Prüfkörper speicherten die Schlagenergie elastisch, ohne das es zu einem Plastischem Bruch kommt. Das Ergebnis bestätigt die Beobachtungen aus dem Zugversuch, bei etwa 135 °C verliert GreenTEC Pro seine Steifigkeit fast vollständig und verhält sich gummiartig. Unter solchen Bedingungen trägt das Material keine strukturelle Last mehr, sondern wirkt lediglich als federnder Körper.<br /> <br /> ==== Fazit ====<br /> <br /> Die Tests belegen eindeutig, dass GreenTEC Pro bei einer einmaligen Erwärmung auf 135 °C seine mechanische Tragfähigkeit verliert. Unter dieser Temperatur verhält sich das Material gummiartig: Es verformt sich stark, speichert Schlagenergie elastisch und liefert im Zugversuch kaum noch Festigkeitswerte. Damit ist der Kunststoff in diesem Temperaturbereich konstruktiv nicht mehr einsetzbar.<br /> <br /> Zu berücksichtigen ist jedoch, dass im Boiler der Kaffeemaschine nicht nur hohe Temperaturen, sondern zugleich Drücke von etwa 1300 – 1500 mbar anliegen. Die Prüfkörper wurden ausschließlich temperaturbelastet und anschließend Mechanische geprüft, eine Druckbelastung bei dieser Temperatur fand nicht statt. Das reale Zusammenspiel von Temperatur mit Druck könnte daher zu abweichenden Resultaten führen. Trotzdem zeigt der Versuch, dass GreenTEC Pro bei Temperaturen von 135 °C keinerlei strukturelle Sicherheit mehr bietet und in druckbelasteten Bereichen konsequent unterhalb dieser Temperaturgrenze eingesetzt werden sollte.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Temperatur_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4511 2025-06-20T18:35:33Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Versuchsablauf */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> Da Bauteile in Kaffeemaschinen typischerweise erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, wird in diesem Arbeitspaket die Temperaturbeständigkeit des verwendeten Materials untersucht. Zunächst erfolgt eine Thermische Festigkeitsprüfung über eine Erhitzung des Bauteils und eine anschließende Mechanische Prüfung. Ebenso wird geprüft, ob wiederholte thermische Zyklen (Erhitzen und Abkühlen) strukturelle Veränderungen oder Stabilitätsverluste hervorrufen. Geplant ist hierfür eine kombinierte Prüfung mit Wasseraufnahme, durch ein heiße Wasserbad, um möglichst realitätsnahe Belastungen zu simulieren.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Zur Untersuchung des Einflusses von Temperatur waren insgesamt neun Probekörper pro Versuch geplant, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor den Versuchen vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf === <br /> <br /> Um die thermische Belastbarkeit der 3D-gedruckten Bauteile realitätsnah abzuschätzen, wurden zwei unterschiedliche Versuchsszenarien durchgeführt.<br /> <br /> '''Wiederholte thermische Zyklen'''<br /> <br /> Zunächst wurden zyklische Temperaturwechsel simuliert, wie sie während dem Nutzungsverlauf in einer Kaffeemaschine auftreten. Die Proben wurden zwanzigmal hintereinander für jeweils fünf Minuten in kochendem Wasser (≈ 100 °C) gehalten und anschließend etwa zehn Minuten an Umgebungsluft langsam, um keinen Thermoshock zu verursachen, abgekühlt. Dieser Langzeit-Zyklus dient dazu, potentielle strukturelle Veränderungen, wie Layer-Delamination oder einen graduellen Verlust der Steifigkeit, frühzeitig zu erkennen.<br /> <br /> '''Thermisches Aufheizen'''<br /> <br /> Im zweiten Teilversuch wurde die Festigkeit des Materials direkt bei erhöhter Temperatur untersucht. Laut Datenblatt liegen die relevanten Kennwerte bei HDT/B ≈ 115 °C, VICAT A ≈ 160 °C und einer Schmelztemperatur von 180–200 °C. Da 3D-gedruckte Proben erfahrungsgemäß empfindlicher reagieren als Spritzgussteile, wurde eine Prüf-Temperatur von 135 °C gewählt. Dieser Wert liegt deutlich über der HDT/B-Grenze, bleibt aber unterhalb von VICAT A und spiegelt gleichzeitig die maximalen Betriebsbedingungen eines Kaffeemaschinen-Boilers (≈ 130 °C) wider.<br /> <br /> Die aufgewärmten Proben wurden unmittelbar nach dem entnehmen aus dem Ofen geprüft, um ein reales Aufheiz-/Abkühlprofil des Werkstoffs abzubilden. Dank eines längeren Labor-Slots konnten Zug- und Schlagbiegeversuche am selben Tag durchgeführt werden, sodass mögliche Alterungseffekte zwischen Erhitzen und mechanischer Prüfung ausgeschlossen sind.<br /> <br /> Mit diesen beiden Versuchsreihen lassen sich sowohl langzeitige thermische Einflüsse als auch unmittelbare Hochtemperatur-Belastungen beurteilen.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> '''Wiederholte thermische Zyklen'''<br /> <br /> Bereits während der ersten Zyklen aus Aufheizen und Abkühlen bildeten sich auf den Bauteiloberflächen feine, weiße Ablagerungen. Dabei handelt es sich um Kalkflecken: Das Kochwasser war nicht entmineralisiert, sodass sich gelöste Calcium- und Magnesiumsalze beim Verdampfen ausfällten. Die Ausprägung ist kein Hinweis auf eine besondere Kalkanfälligkeit des Kunststoffs, sondern ein übliches Phänomen in hartem Leitungswasser.<br /> <br /> Deutlich auffälliger waren die geometrischen Veränderungen. Die hochkant gedruckten Zugproben verlängerten sich nach 20 Zyklen um etwa 1,5 – 2 cm und zeigten eine leichte Durchbiegung, die zuvor nicht vorhanden war [Bild 1].<br /> [[Datei:Zugversuchs TemperaturausdehnungV2.jpg|mini|200px| Bild 1: Zugversuchprobe Vergleich Wiederholte thermische Zyklen und unbehandelt]] Umgekehrt schrumpften die flach gedruckten Zugproben sowie die Schlagbiegeproben geringfügig, ihre Länge verringerte sich um etwa 0,5 cm. Diese entgegengesetzte Richtungsausdehnung lässt sich aufgrund der Schichtorientierung erklären. Hochkant gedruckte Proben sind in Z-Richtung weniger dicht gepackt und können sich bei Erweichung unter Eigengewicht strecken, während flach gedruckte Proben vor allem innenliegende Druckspannungen abbauen und deshalb etwas zusammenschrumpfen. Das Gesamtgewicht blieb bei allen Proben unverändert, womit kaum Feuchteaufnahme oder Materialverlust stattfand. Die beobachteten Längenänderungen lassen sich also auf einen Thermischen Einfluss zurückverfolgen.<br /> <br /> Die hochkant gedruckten Bauteile wiesen nach den 20 Zyklen eine ausgeprägte Sprödigkeit auf. Eine Zugprobe zerbrach bereits während des Transports, eine weitere brach beim Einspannen in die Prüfmaschine. Bei den flach gedruckten Proben ließ sich dieser Sprödigkeitsgrad hingegen nicht beobachten.<br /> <br /> '''Thermisches Aufheizen'''<br /> <br /> Während der Aufwärmung im Ofen bei 135 °C erweichte GreenTEC Pro so stark, dass die Proben mit höchster Vorsicht entnommen werden mussten. Ein halten des Kunststoffes in der Mitte der Zugprobe führte sofort zu sichtbaren Verbiegungen an den enden des Bauteils. Die hochkant gedruckten Zugstäbe waren besonders empfindlich. Alle drei brachen beim Herausnehmen unter ihrem eigenen Gewicht, bevor sie die Prüfmaschine erreichten. Diese Beobachtung zeigt bereits, dass der Werkstoff oberhalb der HDT-Temperatur zwar nicht schmilzt, aber nahezu jede strukturelle Steifigkeit verliert und ohne äußere Stabilisierung seine Form nicht mehr halten kann.<br /> <br /> == Laborversuche ==<br /> <br /> === Wiederholte thermische Zyklen === <br /> <br /> ==== Zugversuche ====<br /> <br /> Die flachgedruckten Zugproben wurden zuerst untersucht. Anzumerken ist das die Versuchsreihen für die thermischen Zyklen &quot;Langzeit Wasseraufnahme&quot; heißen, es handelt sich hierbei um die richtigen Ergebnisse der Name Wiederholte thermische Zyklen wurde jedoch erst später im Projekt festgelegt da er zutreffender ist. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 2] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 3] und [Bild 4].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;125&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch ThermischeZyklen Daten.png|Bild 2: Zugversuchdaten, wiederholte thermische Zyklen<br /> Datei:Zugversuch ThermischeZyklen Diagramm.png|Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch ThermischeZyklenZ Diagramm.png| Bild 4: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach therm. Zyklen !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~2547 || ↓ ca. 33,5 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~29,3 || ↓ ca. 28 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~28 || ↓ ca. 12,5 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 2 || ↓ ca. 40 %<br /> |}<br /> <br /> Die thermische Alterung zeigt für die zwei unterschiedlichen Zugprobearten unterschiedliche Bilder. Innerhalb der Schichten beim Flachgedruckten Bauteil (XY-Richtung) bewirken die Heiz-/Abkühlzyklen einen deutlichen Rückgang von Steifigkeit und Festigkeit, das Elastizitätsmodul sinkt um gut 33,5 %, auch die Bruchspannung sinkt. Das Material wird also etwas weicher, aber nicht spröder.<br /> In Schichtrichtung beim Hochkantgedruckten Bauteil(Z-Richtung) zeigt sich ein anderes Ergebnis. Die zwischen-layer Haftung bricht beinahe vollständig weg, sodass die Probe nahezu ohne Verformung versagt, es zeigt sich ein ausgesprochen sprödes Verhalten.<br /> <br /> Damit bildet sich ein sehr Interessantes Ergebnis, GreenTEC Pro altert durch zyklische Temperaturbelastung in der Ebene eher duktiler, verliert aber senkrecht zur Schichtrichtung drastisch an Zähigkeit. Für Bauteile, die regelmäßig großen Temperaturwechseln ausgesetzt sind, muss deshalb sowohl die Druckorientierung sorgfältig berücksichtigt werden.<br /> <br /> ==== Schlagbiegeversuche ====<br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche wurden unter den gleichen Konditionen wie die Zugversuche durchgeführt. Die Ergebnisse der Prüfungen finden sich in [Bild 5].<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch ThermischeZyklen Daten.png|mini|500px|zentriert| Bild 5: Schlagbiegeversuchdaten, Wiederholte thermische Zyklen]]<br /> <br /> Nach rund zwanzig Temperaturwechseln kam es bei allen drei Schlagbiegeproben das erste mal zu einem vollständige Bruch (Versagensart C). Die Kerbschlagzähigkeit lag nur noch bei rund 8,4 kJ/m², deutlich unter den 10 kJ/m² der unbeeinflussten Proben. Auch die Schlagarbeit pro Kerblänge sank auf rund 21 J/m im Gegensatz zu den rund 25 J/m ohne Einflüsse.<br /> <br /> Das Ergebnis zeigt erneut, dass bei wiederholten thermischen Zyklen die Proben deutlich spröder werden können. Das Material nimmt weniger Energie auf und versagt nun durch vollständiges Durchbrechen statt durch einen Scharnierbruch.<br /> <br /> ==== Fazit ====<br /> <br /> Die Versuchsreihe bestätigt, dass GreenTEC Pro unter häufigen Heiz-/Abkühl­zyklen vor allem in Schichtrichtung deutlich an Zähigkeit verliert, während Bauteile in der Druckebene weicher werden aber ihre Funktions­fähigkeit größtenteils behalten. Damit ist die Druck­orientierung ein essenzielles Konstruktions­kriterium, Belastungs­relevante Strukturen sollten möglichst in XY-Richtung ausgerichtet, falls sie zyklischer Hitze ausgesetzt sind.<br /> <br /> <br /> === Thermisches Aufheizen === <br /> <br /> ==== Zugversuche ====<br /> <br /> Wie bereits erwähnt, wurden ausschließlich die flach gedruckten Zugproben untersucht, da die in Z-Richtung gedruckten Proben bereits vor den Versuchen brachen. Ebenso konnte der Erste Versuche wegen einem Technischen Problem nicht aufgenommen werden und musst abgebrochen werden. Die Prüfdaten sind in [Bild 6] dargestellt, das zugehörige Spannungs-Dehnungs-Diagramm in [Bild 7].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch ThermischesAufheizen Daten.png|Bild 6: Zugversuchdaten des Laborversuchs, Thermisches Aufheizen<br /> Datei:Zugversuch ThermischesAufheizen Diagramm.png|Bild 7: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Erhitzung !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~67,5 || ↓ ca. 98 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~3,55 || ↓ ca. 89 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 90,5 || ↑ ca. 2640 %<br /> |}<br /> <br /> Die einmalige Aufheizung der Proben auf 135 °C, führt zu einer drastischen Änderung des Werkstoffverhaltens. Das Elastizitätsmodul bricht von zuvor rund 3 800 MPa auf Werte um 70 MPa ein, die Bruchspannung sinkt parallel um ca. 89% des ursprünglichen Wertes. Auch die Bruchdehnung zeigt eine erhebliche Änderung von rund 2640%.<br /> <br /> Das Material verliert damit nahezu seine gesamte Steifigkeit und Festigkeit, verhält sich aber hoch-duktil. Die Prüfkörper lassen sich über große Längen strecken, ohne sofort zu reißen.<br /> <br /> In der Praxis bedeutet dies, dass Bauteile aus GreenTEC Pro bei Temperaturen im Bereich von 130–140 °C zwar nicht spröde brechen, jedoch praktisch keine tragende Funktion mehr erfüllen und sich stark verformen.<br /> <br /> ==== Schlagbiegeversuche ====<br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche wurden unter den gleichen Konditionen wie die Zugversuche durchgeführt. Die Ergebnisse der Prüfungen finden sich in [Bild 8].<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch ThermischeErhitzung Daten.png|mini|500px|zentriert| Bild 8: Schlagbiegeversuchdaten, Thermische Erhitzung]]<br /> <br /> Nach dem Ofendurchlauf zeigten die Schlagbiegeproben ein vollkommen anderes Verhalten als in allen vorherigen Schlagbiegeprüfreihen. Der 5-J-Hammer schlug die Proben von der Prüfstation ohne jegliche Veränderung am Bauteil zu bewirken. Da der Hammer keinen Bruch verursacht und lediglich die Proben nach hinten schleudert, entwertete der Computer jeden Prüfversuch als Fehlversuch.<br /> <br /> Die Aufgeheizten Prüfkörper speicherten die Schlagenergie elastisch, ohne das es zu einem Plastischem Bruch kommt. Das Ergebnis bestätigt die Beobachtungen aus dem Zugversuch, bei etwa 135 °C verliert GreenTEC Pro seine Steifigkeit fast vollständig und verhält sich gummiartig. Unter solchen Bedingungen trägt das Material keine strukturelle Last mehr, sondern wirkt lediglich als federnder Körper.<br /> <br /> ==== Fazit ====<br /> <br /> Die Tests belegen eindeutig, dass GreenTEC Pro bei einer einmaligen Erwärmung auf 135 °C seine mechanische Tragfähigkeit verliert. Unter dieser Temperatur verhält sich das Material gummiartig: Es verformt sich stark, speichert Schlagenergie elastisch und liefert im Zugversuch kaum noch Festigkeitswerte. Damit ist der Kunststoff in diesem Temperaturbereich konstruktiv nicht mehr einsetzbar.<br /> <br /> Zu berücksichtigen ist jedoch, dass im Boiler der Kaffeemaschine nicht nur hohe Temperaturen, sondern zugleich Drücke von etwa 1300 – 1500 mbar anliegen. Die Prüfkörper wurden ausschließlich temperaturbelastet und anschließend Mechanische geprüft, eine Druckbelastung bei dieser Temperatur fand nicht statt. Das reale Zusammenspiel von Temperatur mit Druck könnte daher zu abweichenden Resultaten führen. Trotzdem zeigt der Versuch, dass GreenTEC Pro bei Temperaturen von 135 °C keinerlei strukturelle Sicherheit mehr bietet und in druckbelasteten Bereichen konsequent unterhalb dieser Temperaturgrenze eingesetzt werden sollte.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Temperatur_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4510 2025-06-20T18:33:21Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 19.06.2025 */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> Da Bauteile in Kaffeemaschinen typischerweise erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, wird in diesem Arbeitspaket die Temperaturbeständigkeit des verwendeten Materials untersucht. Zunächst erfolgt eine Thermische Festigkeitsprüfung über eine Erhitzung des Bauteils und eine anschließende Mechanische Prüfung. Ebenso wird geprüft, ob wiederholte thermische Zyklen (Erhitzen und Abkühlen) strukturelle Veränderungen oder Stabilitätsverluste hervorrufen. Geplant ist hierfür eine kombinierte Prüfung mit Wasseraufnahme, durch ein heiße Wasserbad, um möglichst realitätsnahe Belastungen zu simulieren.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Zur Untersuchung des Einflusses von Temperatur waren insgesamt neun Probekörper pro Versuch geplant, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor den Versuchen vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf === <br /> <br /> Um die thermische Belastbarkeit der 3D-gedruckten Bauteile realitätsnah abzuschätzen, wurden zwei unterschiedliche Versuchsszenarien durchgeführt.<br /> <br /> '''Wiederholte thermische Zyklen'''<br /> <br /> Zunächst wurden zyklische Temperaturwechsel simuliert, wie sie während dem Nutzungsverlauf in einer Kaffeemaschine auftreten. Die Proben wurden zwanzigmal hintereinander für jeweils fünf Minuten in kochendem Wasser (≈ 100 °C) gehalten und anschließend etwa zehn Minuten an Umgebungsluft langsam, um keinen Thermoshock zu verursachen, abgekühlt. Dieser Langzeit-Zyklus dient dazu, potentielle strukturelle Veränderungen, wie Layer-Delamination oder einen graduellen Verlust der Steifigkeit, frühzeitig zu erkennen.<br /> <br /> '''Thermisches Aufheizen'''<br /> <br /> Im zweiten Teilversuch wurde die Festigkeit des Materials direkt bei erhöhter Temperatur untersucht. Laut Datenblatt liegen die relevanten Kennwerte bei HDT/B ≈ 115 °C, VICAT A ≈ 160 °C und einer Schmelztemperatur von 180–200 °C. Da 3D-gedruckte Proben erfahrungsgemäß empfindlicher reagieren als Spritzgussteile, wurde eine Prüf-Temperatur von 135 °C gewählt. Dieser Wert liegt deutlich über der HDT/B-Grenze, bleibt aber unterhalb von VICAT A und spiegelt gleichzeitig die maximalen Betriebsbedingungen eines Kaffeemaschinen-Boilers (≈ 130 °C) wider.<br /> <br /> Die aufgewärmten Proben wurden unmittelbar nach dem Temperieren geprüft, um ein reales Aufheiz-/Abkühlprofil des Werkstoffs abzubilden. Dank eines längeren Labor-Slots konnten Zug- und Schlagbiegeversuche am selben Tag durchgeführt werden, sodass mögliche Alterungseffekte zwischen Temperierung und mechanischer Prüfung ausgeschlossen sind.<br /> <br /> Mit diesen beiden Versuchsreihen lassen sich sowohl langzeitige thermische Einflüsse als auch unmittelbare Hochtemperatur-Belastungen beurteilen.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> '''Wiederholte thermische Zyklen'''<br /> <br /> Bereits während der ersten Zyklen aus Aufheizen und Abkühlen bildeten sich auf den Bauteiloberflächen feine, weiße Ablagerungen. Dabei handelt es sich um Kalkflecken: Das Kochwasser war nicht entmineralisiert, sodass sich gelöste Calcium- und Magnesiumsalze beim Verdampfen ausfällten. Die Ausprägung ist kein Hinweis auf eine besondere Kalkanfälligkeit des Kunststoffs, sondern ein übliches Phänomen in hartem Leitungswasser.<br /> <br /> Deutlich auffälliger waren die geometrischen Veränderungen. Die hochkant gedruckten Zugproben verlängerten sich nach 20 Zyklen um etwa 1,5 – 2 cm und zeigten eine leichte Durchbiegung, die zuvor nicht vorhanden war [Bild 1].<br /> [[Datei:Zugversuchs TemperaturausdehnungV2.jpg|mini|200px| Bild 1: Zugversuchprobe Vergleich Wiederholte thermische Zyklen und unbehandelt]] Umgekehrt schrumpften die flach gedruckten Zugproben sowie die Schlagbiegeproben geringfügig, ihre Länge verringerte sich um etwa 0,5 cm. Diese entgegengesetzte Richtungsausdehnung lässt sich aufgrund der Schichtorientierung erklären. Hochkant gedruckte Proben sind in Z-Richtung weniger dicht gepackt und können sich bei Erweichung unter Eigengewicht strecken, während flach gedruckte Proben vor allem innenliegende Druckspannungen abbauen und deshalb etwas zusammenschrumpfen. Das Gesamtgewicht blieb bei allen Proben unverändert, womit kaum Feuchteaufnahme oder Materialverlust stattfand. Die beobachteten Längenänderungen lassen sich also auf einen Thermischen Einfluss zurückverfolgen.<br /> <br /> Die hochkant gedruckten Bauteile wiesen nach den 20 Zyklen eine ausgeprägte Sprödigkeit auf. Eine Zugprobe zerbrach bereits während des Transports, eine weitere brach beim Einspannen in die Prüfmaschine. Bei den flach gedruckten Proben ließ sich dieser Sprödigkeitsgrad hingegen nicht beobachten.<br /> <br /> '''Thermisches Aufheizen'''<br /> <br /> Während der Aufwärmung im Ofen bei 135 °C erweichte GreenTEC Pro so stark, dass die Proben mit höchster Vorsicht entnommen werden mussten. Ein halten des Kunststoffes in der Mitte der Zugprobe führte sofort zu sichtbaren Verbiegungen an den enden des Bauteils. Die hochkant gedruckten Zugstäbe waren besonders empfindlich. Alle drei brachen beim Herausnehmen unter ihrem eigenen Gewicht, bevor sie die Prüfmaschine erreichten. Diese Beobachtung zeigt bereits, dass der Werkstoff oberhalb der HDT-Temperatur zwar nicht schmilzt, aber nahezu jede strukturelle Steifigkeit verliert und ohne äußere Stabilisierung seine Form nicht mehr halten kann.<br /> <br /> == Laborversuche ==<br /> <br /> === Wiederholte thermische Zyklen === <br /> <br /> ==== Zugversuche ====<br /> <br /> Die flachgedruckten Zugproben wurden zuerst untersucht. Anzumerken ist das die Versuchsreihen für die thermischen Zyklen &quot;Langzeit Wasseraufnahme&quot; heißen, es handelt sich hierbei um die richtigen Ergebnisse der Name Wiederholte thermische Zyklen wurde jedoch erst später im Projekt festgelegt da er zutreffender ist. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 2] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 3] und [Bild 4].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;125&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch ThermischeZyklen Daten.png|Bild 2: Zugversuchdaten, wiederholte thermische Zyklen<br /> Datei:Zugversuch ThermischeZyklen Diagramm.png|Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch ThermischeZyklenZ Diagramm.png| Bild 4: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach therm. Zyklen !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~2547 || ↓ ca. 33,5 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~29,3 || ↓ ca. 28 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~28 || ↓ ca. 12,5 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 2 || ↓ ca. 40 %<br /> |}<br /> <br /> Die thermische Alterung zeigt für die zwei unterschiedlichen Zugprobearten unterschiedliche Bilder. Innerhalb der Schichten beim Flachgedruckten Bauteil (XY-Richtung) bewirken die Heiz-/Abkühlzyklen einen deutlichen Rückgang von Steifigkeit und Festigkeit, das Elastizitätsmodul sinkt um gut 33,5 %, auch die Bruchspannung sinkt. Das Material wird also etwas weicher, aber nicht spröder.<br /> In Schichtrichtung beim Hochkantgedruckten Bauteil(Z-Richtung) zeigt sich ein anderes Ergebnis. Die zwischen-layer Haftung bricht beinahe vollständig weg, sodass die Probe nahezu ohne Verformung versagt, es zeigt sich ein ausgesprochen sprödes Verhalten.<br /> <br /> Damit bildet sich ein sehr Interessantes Ergebnis, GreenTEC Pro altert durch zyklische Temperaturbelastung in der Ebene eher duktiler, verliert aber senkrecht zur Schichtrichtung drastisch an Zähigkeit. Für Bauteile, die regelmäßig großen Temperaturwechseln ausgesetzt sind, muss deshalb sowohl die Druckorientierung sorgfältig berücksichtigt werden.<br /> <br /> ==== Schlagbiegeversuche ====<br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche wurden unter den gleichen Konditionen wie die Zugversuche durchgeführt. Die Ergebnisse der Prüfungen finden sich in [Bild 5].<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch ThermischeZyklen Daten.png|mini|500px|zentriert| Bild 5: Schlagbiegeversuchdaten, Wiederholte thermische Zyklen]]<br /> <br /> Nach rund zwanzig Temperaturwechseln kam es bei allen drei Schlagbiegeproben das erste mal zu einem vollständige Bruch (Versagensart C). Die Kerbschlagzähigkeit lag nur noch bei rund 8,4 kJ/m², deutlich unter den 10 kJ/m² der unbeeinflussten Proben. Auch die Schlagarbeit pro Kerblänge sank auf rund 21 J/m im Gegensatz zu den rund 25 J/m ohne Einflüsse.<br /> <br /> Das Ergebnis zeigt erneut, dass bei wiederholten thermischen Zyklen die Proben deutlich spröder werden können. Das Material nimmt weniger Energie auf und versagt nun durch vollständiges Durchbrechen statt durch einen Scharnierbruch.<br /> <br /> ==== Fazit ====<br /> <br /> Die Versuchsreihe bestätigt, dass GreenTEC Pro unter häufigen Heiz-/Abkühl­zyklen vor allem in Schichtrichtung deutlich an Zähigkeit verliert, während Bauteile in der Druckebene weicher werden aber ihre Funktions­fähigkeit größtenteils behalten. Damit ist die Druck­orientierung ein essenzielles Konstruktions­kriterium, Belastungs­relevante Strukturen sollten möglichst in XY-Richtung ausgerichtet, falls sie zyklischer Hitze ausgesetzt sind.<br /> <br /> <br /> === Thermisches Aufheizen === <br /> <br /> ==== Zugversuche ====<br /> <br /> Wie bereits erwähnt, wurden ausschließlich die flach gedruckten Zugproben untersucht, da die in Z-Richtung gedruckten Proben bereits vor den Versuchen brachen. Ebenso konnte der Erste Versuche wegen einem Technischen Problem nicht aufgenommen werden und musst abgebrochen werden. Die Prüfdaten sind in [Bild 6] dargestellt, das zugehörige Spannungs-Dehnungs-Diagramm in [Bild 7].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch ThermischesAufheizen Daten.png|Bild 6: Zugversuchdaten des Laborversuchs, Thermisches Aufheizen<br /> Datei:Zugversuch ThermischesAufheizen Diagramm.png|Bild 7: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Erhitzung !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~67,5 || ↓ ca. 98 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~3,55 || ↓ ca. 89 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 90,5 || ↑ ca. 2640 %<br /> |}<br /> <br /> Die einmalige Aufheizung der Proben auf 135 °C, führt zu einer drastischen Änderung des Werkstoffverhaltens. Das Elastizitätsmodul bricht von zuvor rund 3 800 MPa auf Werte um 70 MPa ein, die Bruchspannung sinkt parallel um ca. 89% des ursprünglichen Wertes. Auch die Bruchdehnung zeigt eine erhebliche Änderung von rund 2640%.<br /> <br /> Das Material verliert damit nahezu seine gesamte Steifigkeit und Festigkeit, verhält sich aber hoch-duktil. Die Prüfkörper lassen sich über große Längen strecken, ohne sofort zu reißen.<br /> <br /> In der Praxis bedeutet dies, dass Bauteile aus GreenTEC Pro bei Temperaturen im Bereich von 130–140 °C zwar nicht spröde brechen, jedoch praktisch keine tragende Funktion mehr erfüllen und sich stark verformen.<br /> <br /> ==== Schlagbiegeversuche ====<br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche wurden unter den gleichen Konditionen wie die Zugversuche durchgeführt. Die Ergebnisse der Prüfungen finden sich in [Bild 8].<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch ThermischeErhitzung Daten.png|mini|500px|zentriert| Bild 8: Schlagbiegeversuchdaten, Thermische Erhitzung]]<br /> <br /> Nach dem Ofendurchlauf zeigten die Schlagbiegeproben ein vollkommen anderes Verhalten als in allen vorherigen Schlagbiegeprüfreihen. Der 5-J-Hammer schlug die Proben von der Prüfstation ohne jegliche Veränderung am Bauteil zu bewirken. Da der Hammer keinen Bruch verursacht und lediglich die Proben nach hinten schleudert, entwertete der Computer jeden Prüfversuch als Fehlversuch.<br /> <br /> Die Aufgeheizten Prüfkörper speicherten die Schlagenergie elastisch, ohne das es zu einem Plastischem Bruch kommt. Das Ergebnis bestätigt die Beobachtungen aus dem Zugversuch, bei etwa 135 °C verliert GreenTEC Pro seine Steifigkeit fast vollständig und verhält sich gummiartig. Unter solchen Bedingungen trägt das Material keine strukturelle Last mehr, sondern wirkt lediglich als federnder Körper.<br /> <br /> ==== Fazit ====<br /> <br /> Die Tests belegen eindeutig, dass GreenTEC Pro bei einer einmaligen Erwärmung auf 135 °C seine mechanische Tragfähigkeit verliert. Unter dieser Temperatur verhält sich das Material gummiartig: Es verformt sich stark, speichert Schlagenergie elastisch und liefert im Zugversuch kaum noch Festigkeitswerte. Damit ist der Kunststoff in diesem Temperaturbereich konstruktiv nicht mehr einsetzbar.<br /> <br /> Zu berücksichtigen ist jedoch, dass im Boiler der Kaffeemaschine nicht nur hohe Temperaturen, sondern zugleich Drücke von etwa 1300 – 1500 mbar anliegen. Die Prüfkörper wurden ausschließlich temperaturbelastet und anschließend Mechanische geprüft, eine Druckbelastung bei dieser Temperatur fand nicht statt. Das reale Zusammenspiel von Temperatur mit Druck könnte daher zu abweichenden Resultaten führen. Trotzdem zeigt der Versuch, dass GreenTEC Pro bei Temperaturen von 135 °C keinerlei strukturelle Sicherheit mehr bietet und in druckbelasteten Bereichen konsequent unterhalb dieser Temperaturgrenze eingesetzt werden sollte.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Temperatur_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4509 2025-06-20T18:33:13Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 19.06.2025 */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 19.06.2025 ==<br /> Da Bauteile in Kaffeemaschinen typischerweise erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, wird in diesem Arbeitspaket die Temperaturbeständigkeit des verwendeten Materials untersucht. Zunächst erfolgt eine Thermische Festigkeitsprüfung über eine Erhitzung des Bauteils und eine anschließende Mechanische Prüfung. Ebenso wird geprüft, ob wiederholte thermische Zyklen (Erhitzen und Abkühlen) strukturelle Veränderungen oder Stabilitätsverluste hervorrufen. Geplant ist hierfür eine kombinierte Prüfung mit Wasseraufnahme, durch ein heiße Wasserbad, um möglichst realitätsnahe Belastungen zu simulieren.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Zur Untersuchung des Einflusses von Temperatur waren insgesamt neun Probekörper pro Versuch geplant, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor den Versuchen vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf === <br /> <br /> Um die thermische Belastbarkeit der 3D-gedruckten Bauteile realitätsnah abzuschätzen, wurden zwei unterschiedliche Versuchsszenarien durchgeführt.<br /> <br /> '''Wiederholte thermische Zyklen'''<br /> <br /> Zunächst wurden zyklische Temperaturwechsel simuliert, wie sie während dem Nutzungsverlauf in einer Kaffeemaschine auftreten. Die Proben wurden zwanzigmal hintereinander für jeweils fünf Minuten in kochendem Wasser (≈ 100 °C) gehalten und anschließend etwa zehn Minuten an Umgebungsluft langsam, um keinen Thermoshock zu verursachen, abgekühlt. Dieser Langzeit-Zyklus dient dazu, potentielle strukturelle Veränderungen, wie Layer-Delamination oder einen graduellen Verlust der Steifigkeit, frühzeitig zu erkennen.<br /> <br /> '''Thermisches Aufheizen'''<br /> <br /> Im zweiten Teilversuch wurde die Festigkeit des Materials direkt bei erhöhter Temperatur untersucht. Laut Datenblatt liegen die relevanten Kennwerte bei HDT/B ≈ 115 °C, VICAT A ≈ 160 °C und einer Schmelztemperatur von 180–200 °C. Da 3D-gedruckte Proben erfahrungsgemäß empfindlicher reagieren als Spritzgussteile, wurde eine Prüf-Temperatur von 135 °C gewählt. Dieser Wert liegt deutlich über der HDT/B-Grenze, bleibt aber unterhalb von VICAT A und spiegelt gleichzeitig die maximalen Betriebsbedingungen eines Kaffeemaschinen-Boilers (≈ 130 °C) wider.<br /> <br /> Die aufgewärmten Proben wurden unmittelbar nach dem Temperieren geprüft, um ein reales Aufheiz-/Abkühlprofil des Werkstoffs abzubilden. Dank eines längeren Labor-Slots konnten Zug- und Schlagbiegeversuche am selben Tag durchgeführt werden, sodass mögliche Alterungseffekte zwischen Temperierung und mechanischer Prüfung ausgeschlossen sind.<br /> <br /> Mit diesen beiden Versuchsreihen lassen sich sowohl langzeitige thermische Einflüsse als auch unmittelbare Hochtemperatur-Belastungen beurteilen.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> '''Wiederholte thermische Zyklen'''<br /> <br /> Bereits während der ersten Zyklen aus Aufheizen und Abkühlen bildeten sich auf den Bauteiloberflächen feine, weiße Ablagerungen. Dabei handelt es sich um Kalkflecken: Das Kochwasser war nicht entmineralisiert, sodass sich gelöste Calcium- und Magnesiumsalze beim Verdampfen ausfällten. Die Ausprägung ist kein Hinweis auf eine besondere Kalkanfälligkeit des Kunststoffs, sondern ein übliches Phänomen in hartem Leitungswasser.<br /> <br /> Deutlich auffälliger waren die geometrischen Veränderungen. Die hochkant gedruckten Zugproben verlängerten sich nach 20 Zyklen um etwa 1,5 – 2 cm und zeigten eine leichte Durchbiegung, die zuvor nicht vorhanden war [Bild 1].<br /> [[Datei:Zugversuchs TemperaturausdehnungV2.jpg|mini|200px| Bild 1: Zugversuchprobe Vergleich Wiederholte thermische Zyklen und unbehandelt]] Umgekehrt schrumpften die flach gedruckten Zugproben sowie die Schlagbiegeproben geringfügig, ihre Länge verringerte sich um etwa 0,5 cm. Diese entgegengesetzte Richtungsausdehnung lässt sich aufgrund der Schichtorientierung erklären. Hochkant gedruckte Proben sind in Z-Richtung weniger dicht gepackt und können sich bei Erweichung unter Eigengewicht strecken, während flach gedruckte Proben vor allem innenliegende Druckspannungen abbauen und deshalb etwas zusammenschrumpfen. Das Gesamtgewicht blieb bei allen Proben unverändert, womit kaum Feuchteaufnahme oder Materialverlust stattfand. Die beobachteten Längenänderungen lassen sich also auf einen Thermischen Einfluss zurückverfolgen.<br /> <br /> Die hochkant gedruckten Bauteile wiesen nach den 20 Zyklen eine ausgeprägte Sprödigkeit auf. Eine Zugprobe zerbrach bereits während des Transports, eine weitere brach beim Einspannen in die Prüfmaschine. Bei den flach gedruckten Proben ließ sich dieser Sprödigkeitsgrad hingegen nicht beobachten.<br /> <br /> '''Thermisches Aufheizen'''<br /> <br /> Während der Aufwärmung im Ofen bei 135 °C erweichte GreenTEC Pro so stark, dass die Proben mit höchster Vorsicht entnommen werden mussten. Ein halten des Kunststoffes in der Mitte der Zugprobe führte sofort zu sichtbaren Verbiegungen an den enden des Bauteils. Die hochkant gedruckten Zugstäbe waren besonders empfindlich. Alle drei brachen beim Herausnehmen unter ihrem eigenen Gewicht, bevor sie die Prüfmaschine erreichten. Diese Beobachtung zeigt bereits, dass der Werkstoff oberhalb der HDT-Temperatur zwar nicht schmilzt, aber nahezu jede strukturelle Steifigkeit verliert und ohne äußere Stabilisierung seine Form nicht mehr halten kann.<br /> <br /> == Laborversuche ==<br /> <br /> === Wiederholte thermische Zyklen === <br /> <br /> ==== Zugversuche ====<br /> <br /> Die flachgedruckten Zugproben wurden zuerst untersucht. Anzumerken ist das die Versuchsreihen für die thermischen Zyklen &quot;Langzeit Wasseraufnahme&quot; heißen, es handelt sich hierbei um die richtigen Ergebnisse der Name Wiederholte thermische Zyklen wurde jedoch erst später im Projekt festgelegt da er zutreffender ist. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 2] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 3] und [Bild 4].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;125&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch ThermischeZyklen Daten.png|Bild 2: Zugversuchdaten, wiederholte thermische Zyklen<br /> Datei:Zugversuch ThermischeZyklen Diagramm.png|Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch ThermischeZyklenZ Diagramm.png| Bild 4: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach therm. Zyklen !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~2547 || ↓ ca. 33,5 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~29,3 || ↓ ca. 28 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~28 || ↓ ca. 12,5 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 2 || ↓ ca. 40 %<br /> |}<br /> <br /> Die thermische Alterung zeigt für die zwei unterschiedlichen Zugprobearten unterschiedliche Bilder. Innerhalb der Schichten beim Flachgedruckten Bauteil (XY-Richtung) bewirken die Heiz-/Abkühlzyklen einen deutlichen Rückgang von Steifigkeit und Festigkeit, das Elastizitätsmodul sinkt um gut 33,5 %, auch die Bruchspannung sinkt. Das Material wird also etwas weicher, aber nicht spröder.<br /> In Schichtrichtung beim Hochkantgedruckten Bauteil(Z-Richtung) zeigt sich ein anderes Ergebnis. Die zwischen-layer Haftung bricht beinahe vollständig weg, sodass die Probe nahezu ohne Verformung versagt, es zeigt sich ein ausgesprochen sprödes Verhalten.<br /> <br /> Damit bildet sich ein sehr Interessantes Ergebnis, GreenTEC Pro altert durch zyklische Temperaturbelastung in der Ebene eher duktiler, verliert aber senkrecht zur Schichtrichtung drastisch an Zähigkeit. Für Bauteile, die regelmäßig großen Temperaturwechseln ausgesetzt sind, muss deshalb sowohl die Druckorientierung sorgfältig berücksichtigt werden.<br /> <br /> ==== Schlagbiegeversuche ====<br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche wurden unter den gleichen Konditionen wie die Zugversuche durchgeführt. Die Ergebnisse der Prüfungen finden sich in [Bild 5].<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch ThermischeZyklen Daten.png|mini|500px|zentriert| Bild 5: Schlagbiegeversuchdaten, Wiederholte thermische Zyklen]]<br /> <br /> Nach rund zwanzig Temperaturwechseln kam es bei allen drei Schlagbiegeproben das erste mal zu einem vollständige Bruch (Versagensart C). Die Kerbschlagzähigkeit lag nur noch bei rund 8,4 kJ/m², deutlich unter den 10 kJ/m² der unbeeinflussten Proben. Auch die Schlagarbeit pro Kerblänge sank auf rund 21 J/m im Gegensatz zu den rund 25 J/m ohne Einflüsse.<br /> <br /> Das Ergebnis zeigt erneut, dass bei wiederholten thermischen Zyklen die Proben deutlich spröder werden können. Das Material nimmt weniger Energie auf und versagt nun durch vollständiges Durchbrechen statt durch einen Scharnierbruch.<br /> <br /> ==== Fazit ====<br /> <br /> Die Versuchsreihe bestätigt, dass GreenTEC Pro unter häufigen Heiz-/Abkühl­zyklen vor allem in Schichtrichtung deutlich an Zähigkeit verliert, während Bauteile in der Druckebene weicher werden aber ihre Funktions­fähigkeit größtenteils behalten. Damit ist die Druck­orientierung ein essenzielles Konstruktions­kriterium, Belastungs­relevante Strukturen sollten möglichst in XY-Richtung ausgerichtet, falls sie zyklischer Hitze ausgesetzt sind.<br /> <br /> <br /> === Thermisches Aufheizen === <br /> <br /> ==== Zugversuche ====<br /> <br /> Wie bereits erwähnt, wurden ausschließlich die flach gedruckten Zugproben untersucht, da die in Z-Richtung gedruckten Proben bereits vor den Versuchen brachen. Ebenso konnte der Erste Versuche wegen einem Technischen Problem nicht aufgenommen werden und musst abgebrochen werden. Die Prüfdaten sind in [Bild 6] dargestellt, das zugehörige Spannungs-Dehnungs-Diagramm in [Bild 7].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch ThermischesAufheizen Daten.png|Bild 6: Zugversuchdaten des Laborversuchs, Thermisches Aufheizen<br /> Datei:Zugversuch ThermischesAufheizen Diagramm.png|Bild 7: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Erhitzung !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~67,5 || ↓ ca. 98 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~3,55 || ↓ ca. 89 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 90,5 || ↑ ca. 2640 %<br /> |}<br /> <br /> Die einmalige Aufheizung der Proben auf 135 °C, führt zu einer drastischen Änderung des Werkstoffverhaltens. Das Elastizitätsmodul bricht von zuvor rund 3 800 MPa auf Werte um 70 MPa ein, die Bruchspannung sinkt parallel um ca. 89% des ursprünglichen Wertes. Auch die Bruchdehnung zeigt eine erhebliche Änderung von rund 2640%.<br /> <br /> Das Material verliert damit nahezu seine gesamte Steifigkeit und Festigkeit, verhält sich aber hoch-duktil. Die Prüfkörper lassen sich über große Längen strecken, ohne sofort zu reißen.<br /> <br /> In der Praxis bedeutet dies, dass Bauteile aus GreenTEC Pro bei Temperaturen im Bereich von 130–140 °C zwar nicht spröde brechen, jedoch praktisch keine tragende Funktion mehr erfüllen und sich stark verformen.<br /> <br /> ==== Schlagbiegeversuche ====<br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche wurden unter den gleichen Konditionen wie die Zugversuche durchgeführt. Die Ergebnisse der Prüfungen finden sich in [Bild 8].<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch ThermischeErhitzung Daten.png|mini|500px|zentriert| Bild 8: Schlagbiegeversuchdaten, Thermische Erhitzung]]<br /> <br /> Nach dem Ofendurchlauf zeigten die Schlagbiegeproben ein vollkommen anderes Verhalten als in allen vorherigen Schlagbiegeprüfreihen. Der 5-J-Hammer schlug die Proben von der Prüfstation ohne jegliche Veränderung am Bauteil zu bewirken. Da der Hammer keinen Bruch verursacht und lediglich die Proben nach hinten schleudert, entwertete der Computer jeden Prüfversuch als Fehlversuch.<br /> <br /> Die Aufgeheizten Prüfkörper speicherten die Schlagenergie elastisch, ohne das es zu einem Plastischem Bruch kommt. Das Ergebnis bestätigt die Beobachtungen aus dem Zugversuch, bei etwa 135 °C verliert GreenTEC Pro seine Steifigkeit fast vollständig und verhält sich gummiartig. Unter solchen Bedingungen trägt das Material keine strukturelle Last mehr, sondern wirkt lediglich als federnder Körper.<br /> <br /> ==== Fazit ====<br /> <br /> Die Tests belegen eindeutig, dass GreenTEC Pro bei einer einmaligen Erwärmung auf 135 °C seine mechanische Tragfähigkeit verliert. Unter dieser Temperatur verhält sich das Material gummiartig: Es verformt sich stark, speichert Schlagenergie elastisch und liefert im Zugversuch kaum noch Festigkeitswerte. Damit ist der Kunststoff in diesem Temperaturbereich konstruktiv nicht mehr einsetzbar.<br /> <br /> Zu berücksichtigen ist jedoch, dass im Boiler der Kaffeemaschine nicht nur hohe Temperaturen, sondern zugleich Drücke von etwa 1300 – 1500 mbar anliegen. Die Prüfkörper wurden ausschließlich temperaturbelastet und anschließend Mechanische geprüft, eine Druckbelastung bei dieser Temperatur fand nicht statt. Das reale Zusammenspiel von Temperatur mit Druck könnte daher zu abweichenden Resultaten führen. Trotzdem zeigt der Versuch, dass GreenTEC Pro bei Temperaturen von 135 °C keinerlei strukturelle Sicherheit mehr bietet und in druckbelasteten Bereichen konsequent unterhalb dieser Temperaturgrenze eingesetzt werden sollte.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Chemikalien_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4508 2025-06-20T18:28:05Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Fazit */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> Für Bauteile in einer Kaffeemaschine ist die Beständigkeit gegenüber chemischen Reinigungs- und Entkalkungsmitteln von großer Bedeutung. In diesem Arbeitspaket wird untersucht, wie sich eine längere Aussetzung gegenüber solchen Chemikalien auf das Materialverhalten auswirkt. Die Proben werden dafür in eine geeignete Lösung eingetaucht, in diesem Fall ein Bleichbasiertes Reinigungsmittel. Im Datenblatt von GreenTEC Pro steht hierzu das der Kunststoff speziell anfällig gegenüber solcher Chemikalien ist, weshalb hier untersucht wird welche Auswirkungen eine Reinigung mit solch einer Lösung auf Materialeigenschaften mit sich zieht. Ziel ist es, potenzielle Materialschwächungen oder Beeinträchtigungen der Oberflächenstruktur zu identifizieren.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Der Versuch zur Chemischen Einwirkung auf Bauteilfestigkeit läuft in vielen Aspekten ähnlich wie der von dem Einfluss von Wasser. Zur Untersuchung wurden ebenfalls neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in die Chemische Lösung vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für 15 Minuten in eine Reinigungslösung eingelegt, um ein intensives bzw. wiederholtes Reinigen zu simulieren. Die Lösung bestand aus einem Mischungsverhältnis von 1:5 (Reinigungsmittel zu Wasser), konkret 200 ml Wasser und 40 ml eines stark alkalischen Reinigungsmittels. Dieses Verhältnis entspricht den Herstellerangaben für reguläre Reinigungsanwendungen.<br /> Nach Ablauf der Einwirkzeit wurden die Bauteile vorsichtig entnommen und mit klarem Wasser abgespült, um Rückstände des Reinigungsmittels zu entfernen und die Prüfteile für die anschließenden Untersuchungen vorzubereiten.<br /> Auch hier folgen die Schlagbiegeproben zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Die Einflussbedingungen der Probearten unterscheiden sie jedoch nicht.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach der chemischen Einwirkung zeigten die Prüfkörper keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Lediglich die Beschriftungen mit Permanentmarker hatten sich gelöst.<br /> Die Abmessungen (Länge, Breite, Höhe) blieben bei allen Proben unverändert im Vergleich zu den Ausgangswerten. Beim Gewicht der Schlagbiegeproben wurde eine Veränderung von etwa 8 % festgestellt. Da jedoch einige dieser Proben leichte Druckfehler aufwiesen, lässt sich nicht mit Sicherheit sagen, ob die Abweichung ausschließlich durch den Chemikalieneinfluss verursacht wurde, wahrscheinlicher ist der Gewichtsunterschied dank Knoten im Filament.<br /> <br /> Insgesamt fiel das Ergebnis der chemischen Belastung hier bereits deutlich besser aus als zunächst erwartet, insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass das verwendete Reinigungsmittel laut Herstellerdatenblatt als potenziell kritisch für Kunststoffe eingestuft wird.<br /> <br /> == Laborversuch ==<br /> <br /> === Zugversuch ===<br /> <br /> Ähnlich wie bei der Untersuchung von Einfluss von Wasser, wurden hier auch nicht alle Z-Proben verwendet. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;220&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Chemie Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten des ersten Laborversuchs, Einfluss Chemie<br /> Datei:Zugversuch Chemie Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Chemie Z2 Diagramm.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> <br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Lösung !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~2336 || ↓ ca. 39 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~32,6 || ↓ ca. 20 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,57 || ↑ ca. 27 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~21,6 || ↓ ca. 33 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 6,4 || ↑ ca. 80 %<br /> |}<br /> <br /> Es zeigen sich bei den anschließenden Zugversuchen signifikante Veränderungen der Materialeigenschaften im Vergleich zur Referenzserie ohne Einfluss. Das Elastizitätsmodul sinkt stark, was eine deutlich geringere Steifigkeit des Materials nach der chemischen Belastung bedeutet. Auch die Streckspannung und Bruchspannung reduzieren sich um ca. 20 % bzw. 33 %, was auf eine generelle Abschwächung der mechanischen Festigkeit hinweist.<br /> <br /> Auffällig ist jedoch, dass sich die Dehnungseigenschaften im Gegensatz dazu verbessert haben. Die Streckdehnung und Bruchdehnung steigen nach der Zeit in der Lösung, was auf ein deutlich duktileres Verhalten der Proben nach chemischer Einwirkung schließen lässt.<br /> <br /> === Schlagbiegeversuch ===<br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Chemie Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Einfluss Chemie ]]<br /> <br /> Das Ergebnis des Schlagbiegeversuchs zeigt erneut einen Scharnierbruch. Die Messwerte deuten auf einen starken Anstieg der aufgenommen Schlagenergie hin. Die Kerbschlagzähigkeit liegt nach dem Kontakt der Lösung auf rund 15 kJ/m² und somit rund 50% höher als bei den Unbehandelten Bauteilen. Auch die Schlagarbeit pro Kerblänge steigt von knapp 25 J/m auf Werte oberhalb von 35J/m an. Ähnlich wie bei der Zugprobe lässt sich hier eine Erweichung und Verminderung der Steifigkeit des Kunststoffes untersuchen. <br /> <br /> === Fazit ===<br /> <br /> Die Ergebnisse zeigen, dass die Reinigungslösung das Materialverhalten eindeutig verändert. Die Proben werden weicher, verlieren an Steifigkeit und zeigen geringere Festigkeiten, gleichzeitig verbessert sich das Verformungsverhalten, was auf molekulare Umstrukturierungen oder ein leichtes Anlösen von Polymerketten hindeuten könnte. Im Datenblatt wird eine Lösung dieser Art als besonders kritisch eingestuft, jedoch fallen die Labor Ergebnisse im Gegensatz dazu besser als gedacht aus. Die Bauteile zeigen keine sichtbaren Schäden oder Verformungen und behalten ihre ursprüngliche Form bei. Kurzfristige oder vereinzelte Reinigungsvorgänge sollten somit keine unmittelbare Gefahr für die Struktur des Kunststoffes darstellen, bei häufiger oder längerer Belastung muss der beobachtete Festigkeitsverlust jedoch berücksichtigt werden. Für den Praxiseinsatz empfiehlt sich daher die Verwendung milderer Mittel welche nicht auf Bleiche basieren, um Langzeitschäden auszuschließen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Chemikalien_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4507 2025-06-20T18:26:05Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Zugversuch */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> Für Bauteile in einer Kaffeemaschine ist die Beständigkeit gegenüber chemischen Reinigungs- und Entkalkungsmitteln von großer Bedeutung. In diesem Arbeitspaket wird untersucht, wie sich eine längere Aussetzung gegenüber solchen Chemikalien auf das Materialverhalten auswirkt. Die Proben werden dafür in eine geeignete Lösung eingetaucht, in diesem Fall ein Bleichbasiertes Reinigungsmittel. Im Datenblatt von GreenTEC Pro steht hierzu das der Kunststoff speziell anfällig gegenüber solcher Chemikalien ist, weshalb hier untersucht wird welche Auswirkungen eine Reinigung mit solch einer Lösung auf Materialeigenschaften mit sich zieht. Ziel ist es, potenzielle Materialschwächungen oder Beeinträchtigungen der Oberflächenstruktur zu identifizieren.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Der Versuch zur Chemischen Einwirkung auf Bauteilfestigkeit läuft in vielen Aspekten ähnlich wie der von dem Einfluss von Wasser. Zur Untersuchung wurden ebenfalls neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in die Chemische Lösung vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für 15 Minuten in eine Reinigungslösung eingelegt, um ein intensives bzw. wiederholtes Reinigen zu simulieren. Die Lösung bestand aus einem Mischungsverhältnis von 1:5 (Reinigungsmittel zu Wasser), konkret 200 ml Wasser und 40 ml eines stark alkalischen Reinigungsmittels. Dieses Verhältnis entspricht den Herstellerangaben für reguläre Reinigungsanwendungen.<br /> Nach Ablauf der Einwirkzeit wurden die Bauteile vorsichtig entnommen und mit klarem Wasser abgespült, um Rückstände des Reinigungsmittels zu entfernen und die Prüfteile für die anschließenden Untersuchungen vorzubereiten.<br /> Auch hier folgen die Schlagbiegeproben zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Die Einflussbedingungen der Probearten unterscheiden sie jedoch nicht.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach der chemischen Einwirkung zeigten die Prüfkörper keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Lediglich die Beschriftungen mit Permanentmarker hatten sich gelöst.<br /> Die Abmessungen (Länge, Breite, Höhe) blieben bei allen Proben unverändert im Vergleich zu den Ausgangswerten. Beim Gewicht der Schlagbiegeproben wurde eine Veränderung von etwa 8 % festgestellt. Da jedoch einige dieser Proben leichte Druckfehler aufwiesen, lässt sich nicht mit Sicherheit sagen, ob die Abweichung ausschließlich durch den Chemikalieneinfluss verursacht wurde, wahrscheinlicher ist der Gewichtsunterschied dank Knoten im Filament.<br /> <br /> Insgesamt fiel das Ergebnis der chemischen Belastung hier bereits deutlich besser aus als zunächst erwartet, insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass das verwendete Reinigungsmittel laut Herstellerdatenblatt als potenziell kritisch für Kunststoffe eingestuft wird.<br /> <br /> == Laborversuch ==<br /> <br /> === Zugversuch ===<br /> <br /> Ähnlich wie bei der Untersuchung von Einfluss von Wasser, wurden hier auch nicht alle Z-Proben verwendet. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;220&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Chemie Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten des ersten Laborversuchs, Einfluss Chemie<br /> Datei:Zugversuch Chemie Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Chemie Z2 Diagramm.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> <br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Lösung !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~2336 || ↓ ca. 39 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~32,6 || ↓ ca. 20 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,57 || ↑ ca. 27 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~21,6 || ↓ ca. 33 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 6,4 || ↑ ca. 80 %<br /> |}<br /> <br /> Es zeigen sich bei den anschließenden Zugversuchen signifikante Veränderungen der Materialeigenschaften im Vergleich zur Referenzserie ohne Einfluss. Das Elastizitätsmodul sinkt stark, was eine deutlich geringere Steifigkeit des Materials nach der chemischen Belastung bedeutet. Auch die Streckspannung und Bruchspannung reduzieren sich um ca. 20 % bzw. 33 %, was auf eine generelle Abschwächung der mechanischen Festigkeit hinweist.<br /> <br /> Auffällig ist jedoch, dass sich die Dehnungseigenschaften im Gegensatz dazu verbessert haben. Die Streckdehnung und Bruchdehnung steigen nach der Zeit in der Lösung, was auf ein deutlich duktileres Verhalten der Proben nach chemischer Einwirkung schließen lässt.<br /> <br /> === Schlagbiegeversuch ===<br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Chemie Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Einfluss Chemie ]]<br /> <br /> Das Ergebnis des Schlagbiegeversuchs zeigt erneut einen Scharnierbruch. Die Messwerte deuten auf einen starken Anstieg der aufgenommen Schlagenergie hin. Die Kerbschlagzähigkeit liegt nach dem Kontakt der Lösung auf rund 15 kJ/m² und somit rund 50% höher als bei den Unbehandelten Bauteilen. Auch die Schlagarbeit pro Kerblänge steigt von knapp 25 J/m auf Werte oberhalb von 35J/m an. Ähnlich wie bei der Zugprobe lässt sich hier eine Erweichung und Verminderung der Steifigkeit des Kunststoffes untersuchen. <br /> <br /> === Fazit ===<br /> <br /> Die Ergebnisse zeigen, dass die Reinigungslösung das Materialverhalten eindeutig verändert. Die Proben werden weicher, verlieren an Steifigkeit und zeigen geringere Festigkeiten, gleichzeitig verbessert sich das Verformungsverhalten, was auf molekulare Umstrukturierungen oder ein leichtes Anlösen von Polymerketten hindeuten könnte. Im Datenblatt wird eine Lösung dieser Art als besonders kritisch eingestuft, jedoch fallen die Labor Ergebnisse im Gegensatz dazu besser als gedacht aus. Die Bauteile zeigen keine sichtbaren Schäden oder Verformungen und behalten ihre ursprüngliche Form bei. Kurzfristige oder vereinzelte Reinigungsvorgänge sollten somit keine unmittelbare Gefahr für die strukturelle Integrität darstellen, bei häufiger oder längerer Belastung muss der beobachtete Festigkeitsverlust jedoch berücksichtigt werden. Für den Praxiseinsatz empfiehlt sich daher die Verwendung milderer Mittel welche nicht auf Bleiche basieren, um Langzeitschäden auszuschließen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Chemikalien_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4506 2025-06-20T18:23:41Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Zugversuch */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> Für Bauteile in einer Kaffeemaschine ist die Beständigkeit gegenüber chemischen Reinigungs- und Entkalkungsmitteln von großer Bedeutung. In diesem Arbeitspaket wird untersucht, wie sich eine längere Aussetzung gegenüber solchen Chemikalien auf das Materialverhalten auswirkt. Die Proben werden dafür in eine geeignete Lösung eingetaucht, in diesem Fall ein Bleichbasiertes Reinigungsmittel. Im Datenblatt von GreenTEC Pro steht hierzu das der Kunststoff speziell anfällig gegenüber solcher Chemikalien ist, weshalb hier untersucht wird welche Auswirkungen eine Reinigung mit solch einer Lösung auf Materialeigenschaften mit sich zieht. Ziel ist es, potenzielle Materialschwächungen oder Beeinträchtigungen der Oberflächenstruktur zu identifizieren.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Der Versuch zur Chemischen Einwirkung auf Bauteilfestigkeit läuft in vielen Aspekten ähnlich wie der von dem Einfluss von Wasser. Zur Untersuchung wurden ebenfalls neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in die Chemische Lösung vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für 15 Minuten in eine Reinigungslösung eingelegt, um ein intensives bzw. wiederholtes Reinigen zu simulieren. Die Lösung bestand aus einem Mischungsverhältnis von 1:5 (Reinigungsmittel zu Wasser), konkret 200 ml Wasser und 40 ml eines stark alkalischen Reinigungsmittels. Dieses Verhältnis entspricht den Herstellerangaben für reguläre Reinigungsanwendungen.<br /> Nach Ablauf der Einwirkzeit wurden die Bauteile vorsichtig entnommen und mit klarem Wasser abgespült, um Rückstände des Reinigungsmittels zu entfernen und die Prüfteile für die anschließenden Untersuchungen vorzubereiten.<br /> Auch hier folgen die Schlagbiegeproben zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Die Einflussbedingungen der Probearten unterscheiden sie jedoch nicht.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach der chemischen Einwirkung zeigten die Prüfkörper keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Lediglich die Beschriftungen mit Permanentmarker hatten sich gelöst.<br /> Die Abmessungen (Länge, Breite, Höhe) blieben bei allen Proben unverändert im Vergleich zu den Ausgangswerten. Beim Gewicht der Schlagbiegeproben wurde eine Veränderung von etwa 8 % festgestellt. Da jedoch einige dieser Proben leichte Druckfehler aufwiesen, lässt sich nicht mit Sicherheit sagen, ob die Abweichung ausschließlich durch den Chemikalieneinfluss verursacht wurde, wahrscheinlicher ist der Gewichtsunterschied dank Knoten im Filament.<br /> <br /> Insgesamt fiel das Ergebnis der chemischen Belastung hier bereits deutlich besser aus als zunächst erwartet, insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass das verwendete Reinigungsmittel laut Herstellerdatenblatt als potenziell kritisch für Kunststoffe eingestuft wird.<br /> <br /> == Laborversuch ==<br /> <br /> === Zugversuch ===<br /> <br /> Ähnlich wie bei der Untersuchung von Einfluss von Wasser, wurden hier auch nicht alle Z-Proben verwendet. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;220&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Chemie Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten des ersten Laborversuchs, Einfluss Chemie<br /> Datei:Zugversuch Chemie Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Chemie Z2 Diagramm.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> <br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Lösung !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~2336 || ↓ ca. 39 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~32,6 || ↓ ca. 20 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,57 || ↑ ca. 27 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~21,6 || ↓ ca. 33 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 6,4 || ↑ ca. 80 %<br /> |}<br /> <br /> Es zeigen sich bei den anschließenden Zugversuchen signifikante Veränderungen der Materialeigenschaften im Vergleich zur Referenzserie ohne Einfluss. Der Elastizitätsmodul sank stark, was eine deutlich geringere Steifigkeit des Materials nach der chemischen Belastung bedeutet. Auch die Streckspannung und Bruchspannung reduzierten sich um ca. 20 % bzw. 33 %, was auf eine generelle Abschwächung der mechanischen Festigkeit hinweist.<br /> <br /> Auffällig ist jedoch, dass sich die Dehnungseigenschaften im Gegensatz dazu verbessert haben. Die Streckdehnung und Bruchdehnung stiegen, was auf ein deutlich duktileres Verhalten der Proben nach chemischer Einwirkung schließen lässt.<br /> <br /> === Schlagbiegeversuch ===<br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Chemie Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Einfluss Chemie ]]<br /> <br /> Das Ergebnis des Schlagbiegeversuchs zeigt erneut einen Scharnierbruch. Die Messwerte deuten auf einen starken Anstieg der aufgenommen Schlagenergie hin. Die Kerbschlagzähigkeit liegt nach dem Kontakt der Lösung auf rund 15 kJ/m² und somit rund 50% höher als bei den Unbehandelten Bauteilen. Auch die Schlagarbeit pro Kerblänge steigt von knapp 25 J/m auf Werte oberhalb von 35J/m an. Ähnlich wie bei der Zugprobe lässt sich hier eine Erweichung und Verminderung der Steifigkeit des Kunststoffes untersuchen. <br /> <br /> === Fazit ===<br /> <br /> Die Ergebnisse zeigen, dass die Reinigungslösung das Materialverhalten eindeutig verändert. Die Proben werden weicher, verlieren an Steifigkeit und zeigen geringere Festigkeiten, gleichzeitig verbessert sich das Verformungsverhalten, was auf molekulare Umstrukturierungen oder ein leichtes Anlösen von Polymerketten hindeuten könnte. Im Datenblatt wird eine Lösung dieser Art als besonders kritisch eingestuft, jedoch fallen die Labor Ergebnisse im Gegensatz dazu besser als gedacht aus. Die Bauteile zeigen keine sichtbaren Schäden oder Verformungen und behalten ihre ursprüngliche Form bei. Kurzfristige oder vereinzelte Reinigungsvorgänge sollten somit keine unmittelbare Gefahr für die strukturelle Integrität darstellen, bei häufiger oder längerer Belastung muss der beobachtete Festigkeitsverlust jedoch berücksichtigt werden. Für den Praxiseinsatz empfiehlt sich daher die Verwendung milderer Mittel welche nicht auf Bleiche basieren, um Langzeitschäden auszuschließen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Chemikalien_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4505 2025-06-20T18:21:31Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Zugversuch */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> Für Bauteile in einer Kaffeemaschine ist die Beständigkeit gegenüber chemischen Reinigungs- und Entkalkungsmitteln von großer Bedeutung. In diesem Arbeitspaket wird untersucht, wie sich eine längere Aussetzung gegenüber solchen Chemikalien auf das Materialverhalten auswirkt. Die Proben werden dafür in eine geeignete Lösung eingetaucht, in diesem Fall ein Bleichbasiertes Reinigungsmittel. Im Datenblatt von GreenTEC Pro steht hierzu das der Kunststoff speziell anfällig gegenüber solcher Chemikalien ist, weshalb hier untersucht wird welche Auswirkungen eine Reinigung mit solch einer Lösung auf Materialeigenschaften mit sich zieht. Ziel ist es, potenzielle Materialschwächungen oder Beeinträchtigungen der Oberflächenstruktur zu identifizieren.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Der Versuch zur Chemischen Einwirkung auf Bauteilfestigkeit läuft in vielen Aspekten ähnlich wie der von dem Einfluss von Wasser. Zur Untersuchung wurden ebenfalls neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in die Chemische Lösung vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für 15 Minuten in eine Reinigungslösung eingelegt, um ein intensives bzw. wiederholtes Reinigen zu simulieren. Die Lösung bestand aus einem Mischungsverhältnis von 1:5 (Reinigungsmittel zu Wasser), konkret 200 ml Wasser und 40 ml eines stark alkalischen Reinigungsmittels. Dieses Verhältnis entspricht den Herstellerangaben für reguläre Reinigungsanwendungen.<br /> Nach Ablauf der Einwirkzeit wurden die Bauteile vorsichtig entnommen und mit klarem Wasser abgespült, um Rückstände des Reinigungsmittels zu entfernen und die Prüfteile für die anschließenden Untersuchungen vorzubereiten.<br /> Auch hier folgen die Schlagbiegeproben zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Die Einflussbedingungen der Probearten unterscheiden sie jedoch nicht.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach der chemischen Einwirkung zeigten die Prüfkörper keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Lediglich die Beschriftungen mit Permanentmarker hatten sich gelöst.<br /> Die Abmessungen (Länge, Breite, Höhe) blieben bei allen Proben unverändert im Vergleich zu den Ausgangswerten. Beim Gewicht der Schlagbiegeproben wurde eine Veränderung von etwa 8 % festgestellt. Da jedoch einige dieser Proben leichte Druckfehler aufwiesen, lässt sich nicht mit Sicherheit sagen, ob die Abweichung ausschließlich durch den Chemikalieneinfluss verursacht wurde, wahrscheinlicher ist der Gewichtsunterschied dank Knoten im Filament.<br /> <br /> Insgesamt fiel das Ergebnis der chemischen Belastung hier bereits deutlich besser aus als zunächst erwartet, insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass das verwendete Reinigungsmittel laut Herstellerdatenblatt als potenziell kritisch für Kunststoffe eingestuft wird.<br /> <br /> == Laborversuch ==<br /> <br /> === Zugversuch ===<br /> <br /> Ähnlich wie bei der Untersuchung von Einfluss von Wasser, wurden hier auch nicht alle Z-Proben verwendet. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;220&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Chemie Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten des ersten Laborversuchs, Einfluss Chemie<br /> Datei:Zugversuch Chemie Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Chemie Z2 Diagramm.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> <br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Lösung !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~2336 || ↓ ca. 39 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~32,6 || ↓ ca. 20 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,57 || ↑ ca. 27 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~21,6 || ↓ ca. 33 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 6,4 || ↑ ca. 80 %<br /> |}<br /> <br /> Es zeigen sich bei den anschließenden Zugversuchen signifikante Veränderungen der Materialeigenschaften im Vergleich zur Referenzserie ohne Einfluss. Der Elastizitätsmodul sank stark, was eine deutlich geringere Steifigkeit des Materials nach der chemischen Belastung bedeutet. Auch die Streckspannung und Bruchspannung reduzierten sich um ca. 20 % bzw. 33 %, was auf eine generelle Abschwächung der mechanischen Festigkeit hinweist.<br /> <br /> Auffällig ist jedoch, dass sich die Dehnungseigenschaften im Gegensatz dazu verbessert haben. Die Streckdehnung stieg um rund 27 %, und die Bruchdehnung konnte im Gegensatz zu den spröden Vergleichsproben ohne Einfluss überhaupt zuverlässig gemessen werden. Sie lag durchschnittlich bei 6,4 %, was auf ein deutlich duktileres Verhalten der Proben nach chemischer Einwirkung schließen lässt.<br /> <br /> === Schlagbiegeversuch ===<br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Chemie Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Einfluss Chemie ]]<br /> <br /> Das Ergebnis des Schlagbiegeversuchs zeigt erneut einen Scharnierbruch. Die Messwerte deuten auf einen starken Anstieg der aufgenommen Schlagenergie hin. Die Kerbschlagzähigkeit liegt nach dem Kontakt der Lösung auf rund 15 kJ/m² und somit rund 50% höher als bei den Unbehandelten Bauteilen. Auch die Schlagarbeit pro Kerblänge steigt von knapp 25 J/m auf Werte oberhalb von 35J/m an. Ähnlich wie bei der Zugprobe lässt sich hier eine Erweichung und Verminderung der Steifigkeit des Kunststoffes untersuchen. <br /> <br /> === Fazit ===<br /> <br /> Die Ergebnisse zeigen, dass die Reinigungslösung das Materialverhalten eindeutig verändert. Die Proben werden weicher, verlieren an Steifigkeit und zeigen geringere Festigkeiten, gleichzeitig verbessert sich das Verformungsverhalten, was auf molekulare Umstrukturierungen oder ein leichtes Anlösen von Polymerketten hindeuten könnte. Im Datenblatt wird eine Lösung dieser Art als besonders kritisch eingestuft, jedoch fallen die Labor Ergebnisse im Gegensatz dazu besser als gedacht aus. Die Bauteile zeigen keine sichtbaren Schäden oder Verformungen und behalten ihre ursprüngliche Form bei. Kurzfristige oder vereinzelte Reinigungsvorgänge sollten somit keine unmittelbare Gefahr für die strukturelle Integrität darstellen, bei häufiger oder längerer Belastung muss der beobachtete Festigkeitsverlust jedoch berücksichtigt werden. Für den Praxiseinsatz empfiehlt sich daher die Verwendung milderer Mittel welche nicht auf Bleiche basieren, um Langzeitschäden auszuschließen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Chemikalien_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4504 2025-06-20T18:20:02Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Dokumentation und Beobachtungen */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> Für Bauteile in einer Kaffeemaschine ist die Beständigkeit gegenüber chemischen Reinigungs- und Entkalkungsmitteln von großer Bedeutung. In diesem Arbeitspaket wird untersucht, wie sich eine längere Aussetzung gegenüber solchen Chemikalien auf das Materialverhalten auswirkt. Die Proben werden dafür in eine geeignete Lösung eingetaucht, in diesem Fall ein Bleichbasiertes Reinigungsmittel. Im Datenblatt von GreenTEC Pro steht hierzu das der Kunststoff speziell anfällig gegenüber solcher Chemikalien ist, weshalb hier untersucht wird welche Auswirkungen eine Reinigung mit solch einer Lösung auf Materialeigenschaften mit sich zieht. Ziel ist es, potenzielle Materialschwächungen oder Beeinträchtigungen der Oberflächenstruktur zu identifizieren.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Der Versuch zur Chemischen Einwirkung auf Bauteilfestigkeit läuft in vielen Aspekten ähnlich wie der von dem Einfluss von Wasser. Zur Untersuchung wurden ebenfalls neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in die Chemische Lösung vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für 15 Minuten in eine Reinigungslösung eingelegt, um ein intensives bzw. wiederholtes Reinigen zu simulieren. Die Lösung bestand aus einem Mischungsverhältnis von 1:5 (Reinigungsmittel zu Wasser), konkret 200 ml Wasser und 40 ml eines stark alkalischen Reinigungsmittels. Dieses Verhältnis entspricht den Herstellerangaben für reguläre Reinigungsanwendungen.<br /> Nach Ablauf der Einwirkzeit wurden die Bauteile vorsichtig entnommen und mit klarem Wasser abgespült, um Rückstände des Reinigungsmittels zu entfernen und die Prüfteile für die anschließenden Untersuchungen vorzubereiten.<br /> Auch hier folgen die Schlagbiegeproben zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Die Einflussbedingungen der Probearten unterscheiden sie jedoch nicht.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach der chemischen Einwirkung zeigten die Prüfkörper keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Lediglich die Beschriftungen mit Permanentmarker hatten sich gelöst.<br /> Die Abmessungen (Länge, Breite, Höhe) blieben bei allen Proben unverändert im Vergleich zu den Ausgangswerten. Beim Gewicht der Schlagbiegeproben wurde eine Veränderung von etwa 8 % festgestellt. Da jedoch einige dieser Proben leichte Druckfehler aufwiesen, lässt sich nicht mit Sicherheit sagen, ob die Abweichung ausschließlich durch den Chemikalieneinfluss verursacht wurde, wahrscheinlicher ist der Gewichtsunterschied dank Knoten im Filament.<br /> <br /> Insgesamt fiel das Ergebnis der chemischen Belastung hier bereits deutlich besser aus als zunächst erwartet, insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass das verwendete Reinigungsmittel laut Herstellerdatenblatt als potenziell kritisch für Kunststoffe eingestuft wird.<br /> <br /> == Laborversuch ==<br /> <br /> === Zugversuch ===<br /> <br /> Ähnlich wie bei der Untersuchung von Einfluss von Wasser, wurden hier auch nicht alle Z-Proben verwendet. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;220&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Chemie Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten des ersten Laborversuchs, Einfluss Chemie<br /> Datei:Zugversuch Chemie Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Chemie Z2 Diagramm.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> <br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Lösung !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~2336 || ↓ ca. 39 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~32,6 || ↓ ca. 20 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,57 || ↑ ca. 27 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~21,6 || ↓ ca. 33 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 6,4 || ↑ ca. 80 %<br /> |}<br /> <br /> Es zeigen sich bei den anschließenden Zugversuchen signifikante Veränderungen der Materialeigenschaften im Vergleich zur Referenzserie ohne Einfluss. Der Elastizitätsmodul sank stark, was eine deutlich geringere Steifigkeit des Materials nach der chemischen Belastung bedeutet. Auch die Streckspannung und Bruchspannung reduzierten sich um ca. 20 % bzw. 33 %, was auf eine generelle Abschwächung der mechanischen Festigkeit hinweist.<br /> <br /> Auffällig ist jedoch, dass sich die Dehnungseigenschaften im Gegensatz dazu verbessert haben: Die Streckdehnung stieg um rund 27 %, und die Bruchdehnung konnte im Gegensatz zu den spröden Vergleichsproben ohne Einfluss überhaupt zuverlässig gemessen werden. Sie lag durchschnittlich bei 6,4 %, was auf ein deutlich duktileres (weniger sprödes) Verhalten der Proben nach chemischer Einwirkung schließen lässt.<br /> <br /> === Schlagbiegeversuch ===<br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Chemie Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Einfluss Chemie ]]<br /> <br /> Das Ergebnis des Schlagbiegeversuchs zeigt erneut einen Scharnierbruch. Die Messwerte deuten auf einen starken Anstieg der aufgenommen Schlagenergie hin. Die Kerbschlagzähigkeit liegt nach dem Kontakt der Lösung auf rund 15 kJ/m² und somit rund 50% höher als bei den Unbehandelten Bauteilen. Auch die Schlagarbeit pro Kerblänge steigt von knapp 25 J/m auf Werte oberhalb von 35J/m an. Ähnlich wie bei der Zugprobe lässt sich hier eine Erweichung und Verminderung der Steifigkeit des Kunststoffes untersuchen. <br /> <br /> === Fazit ===<br /> <br /> Die Ergebnisse zeigen, dass die Reinigungslösung das Materialverhalten eindeutig verändert. Die Proben werden weicher, verlieren an Steifigkeit und zeigen geringere Festigkeiten, gleichzeitig verbessert sich das Verformungsverhalten, was auf molekulare Umstrukturierungen oder ein leichtes Anlösen von Polymerketten hindeuten könnte. Im Datenblatt wird eine Lösung dieser Art als besonders kritisch eingestuft, jedoch fallen die Labor Ergebnisse im Gegensatz dazu besser als gedacht aus. Die Bauteile zeigen keine sichtbaren Schäden oder Verformungen und behalten ihre ursprüngliche Form bei. Kurzfristige oder vereinzelte Reinigungsvorgänge sollten somit keine unmittelbare Gefahr für die strukturelle Integrität darstellen, bei häufiger oder längerer Belastung muss der beobachtete Festigkeitsverlust jedoch berücksichtigt werden. Für den Praxiseinsatz empfiehlt sich daher die Verwendung milderer Mittel welche nicht auf Bleiche basieren, um Langzeitschäden auszuschließen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Chemikalien_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4503 2025-06-20T18:17:10Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Versuchsaufbau und Versuchsablauf */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> Für Bauteile in einer Kaffeemaschine ist die Beständigkeit gegenüber chemischen Reinigungs- und Entkalkungsmitteln von großer Bedeutung. In diesem Arbeitspaket wird untersucht, wie sich eine längere Aussetzung gegenüber solchen Chemikalien auf das Materialverhalten auswirkt. Die Proben werden dafür in eine geeignete Lösung eingetaucht, in diesem Fall ein Bleichbasiertes Reinigungsmittel. Im Datenblatt von GreenTEC Pro steht hierzu das der Kunststoff speziell anfällig gegenüber solcher Chemikalien ist, weshalb hier untersucht wird welche Auswirkungen eine Reinigung mit solch einer Lösung auf Materialeigenschaften mit sich zieht. Ziel ist es, potenzielle Materialschwächungen oder Beeinträchtigungen der Oberflächenstruktur zu identifizieren.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Der Versuch zur Chemischen Einwirkung auf Bauteilfestigkeit läuft in vielen Aspekten ähnlich wie der von dem Einfluss von Wasser. Zur Untersuchung wurden ebenfalls neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in die Chemische Lösung vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für 15 Minuten in eine Reinigungslösung eingelegt, um ein intensives bzw. wiederholtes Reinigen zu simulieren. Die Lösung bestand aus einem Mischungsverhältnis von 1:5 (Reinigungsmittel zu Wasser), konkret 200 ml Wasser und 40 ml eines stark alkalischen Reinigungsmittels. Dieses Verhältnis entspricht den Herstellerangaben für reguläre Reinigungsanwendungen.<br /> Nach Ablauf der Einwirkzeit wurden die Bauteile vorsichtig entnommen und mit klarem Wasser abgespült, um Rückstände des Reinigungsmittels zu entfernen und die Prüfteile für die anschließenden Untersuchungen vorzubereiten.<br /> Auch hier folgen die Schlagbiegeproben zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Die Einflussbedingungen der Probearten unterscheiden sie jedoch nicht.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach der chemischen Einwirkung zeigten die Prüfkörper keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Lediglich die Beschriftungen mit Permanentmarker hatten sich gelöst.<br /> Die gemessenen Abmessungen (Länge, Breite, Höhe) blieben bei allen Proben unverändert im Vergleich zu den Ausgangswerten. Beim Gewicht der Schlagbiegeproben wurde eine Veränderung von etwa 8 % festgestellt. Da jedoch einige dieser Proben leichte Druckfehler aufwiesen, lässt sich nicht mit Sicherheit sagen, ob die Abweichung ausschließlich durch den Chemikalieneinfluss verursacht wurde.<br /> <br /> Insgesamt fiel das Ergebnis der chemischen Belastung deutlich besser aus als zunächst erwartet, insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass das verwendete Reinigungsmittel laut Herstellerdatenblatt als potenziell kritisch für Kunststoffe eingestuft wird.<br /> <br /> == Laborversuch ==<br /> <br /> === Zugversuch ===<br /> <br /> Ähnlich wie bei der Untersuchung von Einfluss von Wasser, wurden hier auch nicht alle Z-Proben verwendet. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;220&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Chemie Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten des ersten Laborversuchs, Einfluss Chemie<br /> Datei:Zugversuch Chemie Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Chemie Z2 Diagramm.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> <br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Lösung !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~2336 || ↓ ca. 39 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~32,6 || ↓ ca. 20 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,57 || ↑ ca. 27 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~21,6 || ↓ ca. 33 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 6,4 || ↑ ca. 80 %<br /> |}<br /> <br /> Es zeigen sich bei den anschließenden Zugversuchen signifikante Veränderungen der Materialeigenschaften im Vergleich zur Referenzserie ohne Einfluss. Der Elastizitätsmodul sank stark, was eine deutlich geringere Steifigkeit des Materials nach der chemischen Belastung bedeutet. Auch die Streckspannung und Bruchspannung reduzierten sich um ca. 20 % bzw. 33 %, was auf eine generelle Abschwächung der mechanischen Festigkeit hinweist.<br /> <br /> Auffällig ist jedoch, dass sich die Dehnungseigenschaften im Gegensatz dazu verbessert haben: Die Streckdehnung stieg um rund 27 %, und die Bruchdehnung konnte im Gegensatz zu den spröden Vergleichsproben ohne Einfluss überhaupt zuverlässig gemessen werden. Sie lag durchschnittlich bei 6,4 %, was auf ein deutlich duktileres (weniger sprödes) Verhalten der Proben nach chemischer Einwirkung schließen lässt.<br /> <br /> === Schlagbiegeversuch ===<br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Chemie Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Einfluss Chemie ]]<br /> <br /> Das Ergebnis des Schlagbiegeversuchs zeigt erneut einen Scharnierbruch. Die Messwerte deuten auf einen starken Anstieg der aufgenommen Schlagenergie hin. Die Kerbschlagzähigkeit liegt nach dem Kontakt der Lösung auf rund 15 kJ/m² und somit rund 50% höher als bei den Unbehandelten Bauteilen. Auch die Schlagarbeit pro Kerblänge steigt von knapp 25 J/m auf Werte oberhalb von 35J/m an. Ähnlich wie bei der Zugprobe lässt sich hier eine Erweichung und Verminderung der Steifigkeit des Kunststoffes untersuchen. <br /> <br /> === Fazit ===<br /> <br /> Die Ergebnisse zeigen, dass die Reinigungslösung das Materialverhalten eindeutig verändert. Die Proben werden weicher, verlieren an Steifigkeit und zeigen geringere Festigkeiten, gleichzeitig verbessert sich das Verformungsverhalten, was auf molekulare Umstrukturierungen oder ein leichtes Anlösen von Polymerketten hindeuten könnte. Im Datenblatt wird eine Lösung dieser Art als besonders kritisch eingestuft, jedoch fallen die Labor Ergebnisse im Gegensatz dazu besser als gedacht aus. Die Bauteile zeigen keine sichtbaren Schäden oder Verformungen und behalten ihre ursprüngliche Form bei. Kurzfristige oder vereinzelte Reinigungsvorgänge sollten somit keine unmittelbare Gefahr für die strukturelle Integrität darstellen, bei häufiger oder längerer Belastung muss der beobachtete Festigkeitsverlust jedoch berücksichtigt werden. Für den Praxiseinsatz empfiehlt sich daher die Verwendung milderer Mittel welche nicht auf Bleiche basieren, um Langzeitschäden auszuschließen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Wasser_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4502 2025-06-20T18:12:42Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 14.06.2025 */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> <br /> Die Untersuchung der Wasseraufnahme dient der Analyse, inwiefern sich Feuchtigkeit auf das Materialverhalten der gedruckten Bauteile auswirkt. Dabei werden die Bauteile über eine längere Periode in Wasser gelegt. Im Anschluss werden potenzielle Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Bruchverhalten, geprüft. Zusätzlich wird dokumentiert, ob es zu optischen oder geometrischen Veränderungen, in Form von Aufquellen oder Schichtablösungen kommt.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Zur Untersuchung des Einflusses von Wasser wurden insgesamt neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in Wasser vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für etwa elf Tage vollständig in ein Wasserbad eingelegt. Der Versuch wurde unter Raumtemperatur durchgeführt. Am Abend vor der mechanischen Prüfung wurden die Bauteile aus dem Wasser entnommen und an der Luft getrocknet. Die Zugproben wurden zuerst in Wasser eingelegt. Die Schlagbiegeproben folgten zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Um dennoch vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wurden die Schlagbiegeproben denselben Bedingungen unterzogen.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach dem Wasserlagerungszeitraum wurden die Proben erneut visuell inspiziert und exakt vermessen. Dabei zeigten sich keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Auch die Messdaten hinsichtlich Länge, Breite, Höhe und Gewicht zeigten keine signifikanten Abweichungen im Vergleich zu den vorher dokumentierten Werten.<br /> <br /> Dieses vorläufige Ergebnis deutet darauf hin, dass GreenTEC Pro in Bezug auf Wasseraufnahme eine eher hohe Resistenz aufweist.<br /> <br /> == Laborversuche ==<br /> <br /> === Zugversuche === <br /> <br /> Die Zugproben wurden zuerst untersucht. Ebenso wurde aus Zeitmanagment entschieden nur eine Probe in Z-Richtung zu testen, da diese wie bei den Versuchen ohne Einflüsse keine wahren Daten liefern werden, sondern nur als Vergleich dienen werden. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten, Wasseraufnahme<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Z Daten.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Wasseraufnahme !! Veränderung !! Veränderung bei PET als Vergleich<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~3417 || ↓ ca. 12 % || ↓ ca. 25 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~36,5 || ↓ ca. 10 % || ↓ 10-30 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,05 || ≈ Gleich || /<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~26,1 || ↓ ca. 18 % || ↓ ca. 10 % <br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3–4 || 3–4 || ≈ Gleich || /<br /> |}<br /> <br /> Die Wasserlagerung hat zu einem geringen Abfall der Steifigkeit (E-Modul) und Festigkeit (Streck- und Bruchspannung) geführt. Die Bruchdehnung blieb hingegen praktisch unverändert. Das deutet darauf hin, dass der Werkstoff nach Wassereinfluss etwas weicher und weniger belastbar, aber nicht spröder wird. Das gleiche zeigt sich bei den Bauteilen in Z-Richtung, in diesem Fall eine Verringerung im E-Modul und der Bruchspannung. Als grobe Orientierung sind in der Tabelle auch PET-Daten aufgeführt: Insbesondere beim Elastizitätsmodul und der Streckgrenze zeigt sich, dass GreenTEC Pro unter Wasserbelastung deutlich weniger nachgibt als PET. Diese Vergleichswerte sollten jedoch mit Vorsicht interpretiert werden, da die mechanischen Kennwerte von PET stark von Temperatur und Konditionierungszustand abhängen und daher in der Literatur erheblich schwanken.<br /> <br /> === Schlagbiegeproben ===<br /> <br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch. <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Wasseraufnahme Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Wasseraufnahme]]<br /> <br /> Gleich wie bei den unbehandelten Proben kam es erneut zu einem Scharnierbruch, die Kerbe wurde also nicht vollständig durchtrennt. Die gemessenen Kennwerte decken sie mit den Ergebnissen der Referenzserie. Die Kerbschlagzähigkeit lag ohne Einfluss bei rund 9,95 kJ/m² und nach eineinhalb Wochen Wasserlagerung bei etwa 9,9 kJ/m². Damit zeigt sich, ähnlich wie bei den Zugversuchen, maximal eine leichte Verringerung der Steifigkeit, aber keine signifikante Änderung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs.<br /> <br /> === Fazit === <br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche unterstützen die Ergebnisse der Zugversuche und zeigen, dass GreenTEC Pro bei längerer Wasseraussetzung geringfügige Einbußen bei Festigkeit und Steifigkeit erleidet, dabei aber keine starke Sprödigkeit oder strukturelle Instabilität auftritt. Die Wasseraufnahme scheint sich damit nur begrenzt negativ auf die mechanischen Eigenschaften auszuwirken ein grundsätzlich positives Ergebnis im Hinblick auf Anwendungen mit erhöhter Luftfeuchtigkeit oder Wasserkontakt. Damit bestätig sich, dass GreenTEC Pro weiterhin ein geeigneter und zuverlässiger Kunststoff für Bauteile bleibt, die regelmäßig mit Wasser in Berührung kommen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Chemikalien_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4501 2025-06-20T18:12:29Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 14.06.2025 */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> Für Bauteile in einer Kaffeemaschine ist die Beständigkeit gegenüber chemischen Reinigungs- und Entkalkungsmitteln von großer Bedeutung. In diesem Arbeitspaket wird untersucht, wie sich eine längere Aussetzung gegenüber solchen Chemikalien auf das Materialverhalten auswirkt. Die Proben werden dafür in eine geeignete Lösung eingetaucht, in diesem Fall ein Bleichbasiertes Reinigungsmittel. Im Datenblatt von GreenTEC Pro steht hierzu das der Kunststoff speziell anfällig gegenüber solcher Chemikalien ist, weshalb hier untersucht wird welche Auswirkungen eine Reinigung mit solch einer Lösung auf Materialeigenschaften mit sich zieht. Ziel ist es, potenzielle Materialschwächungen oder Beeinträchtigungen der Oberflächenstruktur zu identifizieren.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Der Versuch von Chemische Einwirkung auf Bauteilfestigkeit läuft in vielen Aspekten ähnlich wie der von dem Einfluss von Wasser. Zur Untersuchung wurden ebenfalls neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in die Chemische Lösung vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für 15 Minuten in eine Reinigungslösung eingelegt, um ein intensives bzw. wiederholtes Reinigen zu simulieren. Die Lösung bestand aus einem Mischungsverhältnis von 1:5 (Reinigungsmittel zu Wasser), konkret 200 ml Wasser und 40 ml eines stark alkalischen Reinigungsmittels. Dieses Verhältnis entspricht den Herstellerangaben für reguläre Reinigungsanwendungen.<br /> Nach Ablauf der Einwirkzeit wurden die Bauteile vorsichtig entnommen und mit klarem Wasser abgespült, um Rückstände des Reinigungsmittels zu entfernen und die Prüfteile für die anschließenden Untersuchungen vorzubereiten.<br /> Auch hier folgen die Schlagbiegeproben zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Um dennoch vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wurden die Schlagbiegeproben denselben Bedingungen unterzogen.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach der chemischen Einwirkung zeigten die Prüfkörper keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Lediglich die Beschriftungen mit Permanentmarker hatten sich gelöst.<br /> Die gemessenen Abmessungen (Länge, Breite, Höhe) blieben bei allen Proben unverändert im Vergleich zu den Ausgangswerten. Beim Gewicht der Schlagbiegeproben wurde eine Veränderung von etwa 8 % festgestellt. Da jedoch einige dieser Proben leichte Druckfehler aufwiesen, lässt sich nicht mit Sicherheit sagen, ob die Abweichung ausschließlich durch den Chemikalieneinfluss verursacht wurde.<br /> <br /> Insgesamt fiel das Ergebnis der chemischen Belastung deutlich besser aus als zunächst erwartet, insbesondere in Anbetracht der Tatsache, dass das verwendete Reinigungsmittel laut Herstellerdatenblatt als potenziell kritisch für Kunststoffe eingestuft wird.<br /> <br /> == Laborversuch ==<br /> <br /> === Zugversuch ===<br /> <br /> Ähnlich wie bei der Untersuchung von Einfluss von Wasser, wurden hier auch nicht alle Z-Proben verwendet. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;220&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Chemie Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten des ersten Laborversuchs, Einfluss Chemie<br /> Datei:Zugversuch Chemie Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Chemie Z2 Diagramm.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> <br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Lösung !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~2336 || ↓ ca. 39 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~32,6 || ↓ ca. 20 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,57 || ↑ ca. 27 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~21,6 || ↓ ca. 33 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,3 || 6,4 || ↑ ca. 80 %<br /> |}<br /> <br /> Es zeigen sich bei den anschließenden Zugversuchen signifikante Veränderungen der Materialeigenschaften im Vergleich zur Referenzserie ohne Einfluss. Der Elastizitätsmodul sank stark, was eine deutlich geringere Steifigkeit des Materials nach der chemischen Belastung bedeutet. Auch die Streckspannung und Bruchspannung reduzierten sich um ca. 20 % bzw. 33 %, was auf eine generelle Abschwächung der mechanischen Festigkeit hinweist.<br /> <br /> Auffällig ist jedoch, dass sich die Dehnungseigenschaften im Gegensatz dazu verbessert haben: Die Streckdehnung stieg um rund 27 %, und die Bruchdehnung konnte im Gegensatz zu den spröden Vergleichsproben ohne Einfluss überhaupt zuverlässig gemessen werden. Sie lag durchschnittlich bei 6,4 %, was auf ein deutlich duktileres (weniger sprödes) Verhalten der Proben nach chemischer Einwirkung schließen lässt.<br /> <br /> === Schlagbiegeversuch ===<br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Chemie Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Einfluss Chemie ]]<br /> <br /> Das Ergebnis des Schlagbiegeversuchs zeigt erneut einen Scharnierbruch. Die Messwerte deuten auf einen starken Anstieg der aufgenommen Schlagenergie hin. Die Kerbschlagzähigkeit liegt nach dem Kontakt der Lösung auf rund 15 kJ/m² und somit rund 50% höher als bei den Unbehandelten Bauteilen. Auch die Schlagarbeit pro Kerblänge steigt von knapp 25 J/m auf Werte oberhalb von 35J/m an. Ähnlich wie bei der Zugprobe lässt sich hier eine Erweichung und Verminderung der Steifigkeit des Kunststoffes untersuchen. <br /> <br /> === Fazit ===<br /> <br /> Die Ergebnisse zeigen, dass die Reinigungslösung das Materialverhalten eindeutig verändert. Die Proben werden weicher, verlieren an Steifigkeit und zeigen geringere Festigkeiten, gleichzeitig verbessert sich das Verformungsverhalten, was auf molekulare Umstrukturierungen oder ein leichtes Anlösen von Polymerketten hindeuten könnte. Im Datenblatt wird eine Lösung dieser Art als besonders kritisch eingestuft, jedoch fallen die Labor Ergebnisse im Gegensatz dazu besser als gedacht aus. Die Bauteile zeigen keine sichtbaren Schäden oder Verformungen und behalten ihre ursprüngliche Form bei. Kurzfristige oder vereinzelte Reinigungsvorgänge sollten somit keine unmittelbare Gefahr für die strukturelle Integrität darstellen, bei häufiger oder längerer Belastung muss der beobachtete Festigkeitsverlust jedoch berücksichtigt werden. Für den Praxiseinsatz empfiehlt sich daher die Verwendung milderer Mittel welche nicht auf Bleiche basieren, um Langzeitschäden auszuschließen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Wasser_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4500 2025-06-20T18:07:44Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Fazit */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 14.06.2025 ==<br /> <br /> Die Untersuchung der Wasseraufnahme dient der Analyse, inwiefern sich Feuchtigkeit auf das Materialverhalten der gedruckten Bauteile auswirkt. Dabei werden die Bauteile über eine längere Periode in Wasser gelegt. Im Anschluss werden potenzielle Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Bruchverhalten, geprüft. Zusätzlich wird dokumentiert, ob es zu optischen oder geometrischen Veränderungen, in Form von Aufquellen oder Schichtablösungen kommt.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Zur Untersuchung des Einflusses von Wasser wurden insgesamt neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in Wasser vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für etwa elf Tage vollständig in ein Wasserbad eingelegt. Der Versuch wurde unter Raumtemperatur durchgeführt. Am Abend vor der mechanischen Prüfung wurden die Bauteile aus dem Wasser entnommen und an der Luft getrocknet. Die Zugproben wurden zuerst in Wasser eingelegt. Die Schlagbiegeproben folgten zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Um dennoch vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wurden die Schlagbiegeproben denselben Bedingungen unterzogen.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach dem Wasserlagerungszeitraum wurden die Proben erneut visuell inspiziert und exakt vermessen. Dabei zeigten sich keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Auch die Messdaten hinsichtlich Länge, Breite, Höhe und Gewicht zeigten keine signifikanten Abweichungen im Vergleich zu den vorher dokumentierten Werten.<br /> <br /> Dieses vorläufige Ergebnis deutet darauf hin, dass GreenTEC Pro in Bezug auf Wasseraufnahme eine eher hohe Resistenz aufweist.<br /> <br /> == Laborversuche ==<br /> <br /> === Zugversuche === <br /> <br /> Die Zugproben wurden zuerst untersucht. Ebenso wurde aus Zeitmanagment entschieden nur eine Probe in Z-Richtung zu testen, da diese wie bei den Versuchen ohne Einflüsse keine wahren Daten liefern werden, sondern nur als Vergleich dienen werden. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten, Wasseraufnahme<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Z Daten.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Wasseraufnahme !! Veränderung !! Veränderung bei PET als Vergleich<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~3417 || ↓ ca. 12 % || ↓ ca. 25 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~36,5 || ↓ ca. 10 % || ↓ 10-30 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,05 || ≈ Gleich || /<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~26,1 || ↓ ca. 18 % || ↓ ca. 10 % <br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3–4 || 3–4 || ≈ Gleich || /<br /> |}<br /> <br /> Die Wasserlagerung hat zu einem geringen Abfall der Steifigkeit (E-Modul) und Festigkeit (Streck- und Bruchspannung) geführt. Die Bruchdehnung blieb hingegen praktisch unverändert. Das deutet darauf hin, dass der Werkstoff nach Wassereinfluss etwas weicher und weniger belastbar, aber nicht spröder wird. Das gleiche zeigt sich bei den Bauteilen in Z-Richtung, in diesem Fall eine Verringerung im E-Modul und der Bruchspannung. Als grobe Orientierung sind in der Tabelle auch PET-Daten aufgeführt: Insbesondere beim Elastizitätsmodul und der Streckgrenze zeigt sich, dass GreenTEC Pro unter Wasserbelastung deutlich weniger nachgibt als PET. Diese Vergleichswerte sollten jedoch mit Vorsicht interpretiert werden, da die mechanischen Kennwerte von PET stark von Temperatur und Konditionierungszustand abhängen und daher in der Literatur erheblich schwanken.<br /> <br /> === Schlagbiegeproben ===<br /> <br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch. <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Wasseraufnahme Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Wasseraufnahme]]<br /> <br /> Gleich wie bei den unbehandelten Proben kam es erneut zu einem Scharnierbruch, die Kerbe wurde also nicht vollständig durchtrennt. Die gemessenen Kennwerte decken sie mit den Ergebnissen der Referenzserie. Die Kerbschlagzähigkeit lag ohne Einfluss bei rund 9,95 kJ/m² und nach eineinhalb Wochen Wasserlagerung bei etwa 9,9 kJ/m². Damit zeigt sich, ähnlich wie bei den Zugversuchen, maximal eine leichte Verringerung der Steifigkeit, aber keine signifikante Änderung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs.<br /> <br /> === Fazit === <br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche unterstützen die Ergebnisse der Zugversuche und zeigen, dass GreenTEC Pro bei längerer Wasseraussetzung geringfügige Einbußen bei Festigkeit und Steifigkeit erleidet, dabei aber keine starke Sprödigkeit oder strukturelle Instabilität auftritt. Die Wasseraufnahme scheint sich damit nur begrenzt negativ auf die mechanischen Eigenschaften auszuwirken ein grundsätzlich positives Ergebnis im Hinblick auf Anwendungen mit erhöhter Luftfeuchtigkeit oder Wasserkontakt. Damit bestätig sich, dass GreenTEC Pro weiterhin ein geeigneter und zuverlässiger Kunststoff für Bauteile bleibt, die regelmäßig mit Wasser in Berührung kommen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Wasser_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4499 2025-06-20T18:05:39Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Zugversuche */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 14.06.2025 ==<br /> <br /> Die Untersuchung der Wasseraufnahme dient der Analyse, inwiefern sich Feuchtigkeit auf das Materialverhalten der gedruckten Bauteile auswirkt. Dabei werden die Bauteile über eine längere Periode in Wasser gelegt. Im Anschluss werden potenzielle Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Bruchverhalten, geprüft. Zusätzlich wird dokumentiert, ob es zu optischen oder geometrischen Veränderungen, in Form von Aufquellen oder Schichtablösungen kommt.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Zur Untersuchung des Einflusses von Wasser wurden insgesamt neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in Wasser vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für etwa elf Tage vollständig in ein Wasserbad eingelegt. Der Versuch wurde unter Raumtemperatur durchgeführt. Am Abend vor der mechanischen Prüfung wurden die Bauteile aus dem Wasser entnommen und an der Luft getrocknet. Die Zugproben wurden zuerst in Wasser eingelegt. Die Schlagbiegeproben folgten zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Um dennoch vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wurden die Schlagbiegeproben denselben Bedingungen unterzogen.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach dem Wasserlagerungszeitraum wurden die Proben erneut visuell inspiziert und exakt vermessen. Dabei zeigten sich keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Auch die Messdaten hinsichtlich Länge, Breite, Höhe und Gewicht zeigten keine signifikanten Abweichungen im Vergleich zu den vorher dokumentierten Werten.<br /> <br /> Dieses vorläufige Ergebnis deutet darauf hin, dass GreenTEC Pro in Bezug auf Wasseraufnahme eine eher hohe Resistenz aufweist.<br /> <br /> == Laborversuche ==<br /> <br /> === Zugversuche === <br /> <br /> Die Zugproben wurden zuerst untersucht. Ebenso wurde aus Zeitmanagment entschieden nur eine Probe in Z-Richtung zu testen, da diese wie bei den Versuchen ohne Einflüsse keine wahren Daten liefern werden, sondern nur als Vergleich dienen werden. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten, Wasseraufnahme<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Z Daten.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Wasseraufnahme !! Veränderung !! Veränderung bei PET als Vergleich<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~3417 || ↓ ca. 12 % || ↓ ca. 25 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~36,5 || ↓ ca. 10 % || ↓ 10-30 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,05 || ≈ Gleich || /<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~26,1 || ↓ ca. 18 % || ↓ ca. 10 % <br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3–4 || 3–4 || ≈ Gleich || /<br /> |}<br /> <br /> Die Wasserlagerung hat zu einem geringen Abfall der Steifigkeit (E-Modul) und Festigkeit (Streck- und Bruchspannung) geführt. Die Bruchdehnung blieb hingegen praktisch unverändert. Das deutet darauf hin, dass der Werkstoff nach Wassereinfluss etwas weicher und weniger belastbar, aber nicht spröder wird. Das gleiche zeigt sich bei den Bauteilen in Z-Richtung, in diesem Fall eine Verringerung im E-Modul und der Bruchspannung. Als grobe Orientierung sind in der Tabelle auch PET-Daten aufgeführt: Insbesondere beim Elastizitätsmodul und der Streckgrenze zeigt sich, dass GreenTEC Pro unter Wasserbelastung deutlich weniger nachgibt als PET. Diese Vergleichswerte sollten jedoch mit Vorsicht interpretiert werden, da die mechanischen Kennwerte von PET stark von Temperatur und Konditionierungszustand abhängen und daher in der Literatur erheblich schwanken.<br /> <br /> === Schlagbiegeproben ===<br /> <br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch. <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Wasseraufnahme Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Wasseraufnahme]]<br /> <br /> Gleich wie bei den unbehandelten Proben kam es erneut zu einem Scharnierbruch, die Kerbe wurde also nicht vollständig durchtrennt. Die gemessenen Kennwerte decken sie mit den Ergebnissen der Referenzserie. Die Kerbschlagzähigkeit lag ohne Einfluss bei rund 9,95 kJ/m² und nach eineinhalb Wochen Wasserlagerung bei etwa 9,9 kJ/m². Damit zeigt sich, ähnlich wie bei den Zugversuchen, maximal eine leichte Verringerung der Steifigkeit, aber keine signifikante Änderung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs.<br /> <br /> === Fazit === <br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche stützen die Ergebnisse der Zugversuche und zeigen, dass GreenTEC Pro bei längerer Wasseraussetzung geringfügige Einbußen bei Festigkeit und Steifigkeit erleidet, dabei aber keine starke Sprödigkeit oder strukturelle Instabilität auftritt. Die Wasseraufnahme scheint sich damit nur begrenzt negativ auf die mechanischen Eigenschaften auszuwirken ein grundsätzlich positives Ergebnis im Hinblick auf Anwendungen mit erhöhter Luftfeuchtigkeit oder Wasserkontakt. Damit bestätig sich, dass GreenTEC Pro weiterhin ein geeigneter und zuverlässiger Kunststoff für Bauteile bleibt, die regelmäßig mit Wasser in Berührung kommen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Wasser_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4498 2025-06-20T18:04:28Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Zugversuche */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 14.06.2025 ==<br /> <br /> Die Untersuchung der Wasseraufnahme dient der Analyse, inwiefern sich Feuchtigkeit auf das Materialverhalten der gedruckten Bauteile auswirkt. Dabei werden die Bauteile über eine längere Periode in Wasser gelegt. Im Anschluss werden potenzielle Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Bruchverhalten, geprüft. Zusätzlich wird dokumentiert, ob es zu optischen oder geometrischen Veränderungen, in Form von Aufquellen oder Schichtablösungen kommt.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Zur Untersuchung des Einflusses von Wasser wurden insgesamt neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in Wasser vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für etwa elf Tage vollständig in ein Wasserbad eingelegt. Der Versuch wurde unter Raumtemperatur durchgeführt. Am Abend vor der mechanischen Prüfung wurden die Bauteile aus dem Wasser entnommen und an der Luft getrocknet. Die Zugproben wurden zuerst in Wasser eingelegt. Die Schlagbiegeproben folgten zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Um dennoch vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wurden die Schlagbiegeproben denselben Bedingungen unterzogen.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach dem Wasserlagerungszeitraum wurden die Proben erneut visuell inspiziert und exakt vermessen. Dabei zeigten sich keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Auch die Messdaten hinsichtlich Länge, Breite, Höhe und Gewicht zeigten keine signifikanten Abweichungen im Vergleich zu den vorher dokumentierten Werten.<br /> <br /> Dieses vorläufige Ergebnis deutet darauf hin, dass GreenTEC Pro in Bezug auf Wasseraufnahme eine eher hohe Resistenz aufweist.<br /> <br /> == Laborversuche ==<br /> <br /> === Zugversuche === <br /> <br /> Die Zugproben wurden zuerst untersucht. Ebenso wurde aus Zeitmanagment entschieden nur eine Probe in Z-Richtung zu testen, da diese wie bei den Versuchen ohne Einflüsse keine wahren Daten liefern werden, sondern nur als Vergleich dienen werden. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten, Wasseraufnahme<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Z Daten.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Wasseraufnahme !! Veränderung !! Veränderung bei PET als Vergleich<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~3417 || ↓ ca. 12 % || ↓ ca. 25 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || ~36,5 || ↓ ca. 10 % || ↓ 10-30 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,05 || ≈ Gleich || /<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~26,1 || ↓ ca. 18 % || ↓ ca. 10 % <br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3–4 || 3–4 || ≈ Gleich || /<br /> |}<br /> <br /> Die Wasserlagerung hat zu einem moderaten Abfall der Steifigkeit (E-Modul) und Festigkeit (Streck- und Bruchspannung) geführt. Die Bruchdehnung blieb hingegen praktisch unverändert. Das deutet darauf hin, dass der Werkstoff nach Wassereinfluss etwas weicher und weniger belastbar, aber nicht spröder wird. Das gleiche zeigt sich bei den Bauteilen in Z-Richtung, in diesem Fall eine Verringerung im E-Modul und der Bruchspannung. Als grobe Orientierung sind in der Tabelle auch PET-Daten aufgeführt: Insbesondere beim Elastizitätsmodul und der Streckgrenze zeigt sich, dass GreenTEC Pro unter Wasserbelastung deutlich weniger nachgibt als PET. Diese Vergleichswerte sollten jedoch mit Vorsicht interpretiert werden, da die mechanischen Kennwerte von PET stark von Temperatur und Konditionierungszustand abhängen und daher in der Literatur erheblich schwanken.<br /> <br /> === Schlagbiegeproben ===<br /> <br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch. <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Wasseraufnahme Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Wasseraufnahme]]<br /> <br /> Gleich wie bei den unbehandelten Proben kam es erneut zu einem Scharnierbruch, die Kerbe wurde also nicht vollständig durchtrennt. Die gemessenen Kennwerte decken sie mit den Ergebnissen der Referenzserie. Die Kerbschlagzähigkeit lag ohne Einfluss bei rund 9,95 kJ/m² und nach eineinhalb Wochen Wasserlagerung bei etwa 9,9 kJ/m². Damit zeigt sich, ähnlich wie bei den Zugversuchen, maximal eine leichte Verringerung der Steifigkeit, aber keine signifikante Änderung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs.<br /> <br /> === Fazit === <br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche stützen die Ergebnisse der Zugversuche und zeigen, dass GreenTEC Pro bei längerer Wasseraussetzung geringfügige Einbußen bei Festigkeit und Steifigkeit erleidet, dabei aber keine starke Sprödigkeit oder strukturelle Instabilität auftritt. Die Wasseraufnahme scheint sich damit nur begrenzt negativ auf die mechanischen Eigenschaften auszuwirken ein grundsätzlich positives Ergebnis im Hinblick auf Anwendungen mit erhöhter Luftfeuchtigkeit oder Wasserkontakt. Damit bestätig sich, dass GreenTEC Pro weiterhin ein geeigneter und zuverlässiger Kunststoff für Bauteile bleibt, die regelmäßig mit Wasser in Berührung kommen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Wasser_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4497 2025-06-20T18:03:43Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Dokumentation und Beobachtungen */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 14.06.2025 ==<br /> <br /> Die Untersuchung der Wasseraufnahme dient der Analyse, inwiefern sich Feuchtigkeit auf das Materialverhalten der gedruckten Bauteile auswirkt. Dabei werden die Bauteile über eine längere Periode in Wasser gelegt. Im Anschluss werden potenzielle Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Bruchverhalten, geprüft. Zusätzlich wird dokumentiert, ob es zu optischen oder geometrischen Veränderungen, in Form von Aufquellen oder Schichtablösungen kommt.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Zur Untersuchung des Einflusses von Wasser wurden insgesamt neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in Wasser vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für etwa elf Tage vollständig in ein Wasserbad eingelegt. Der Versuch wurde unter Raumtemperatur durchgeführt. Am Abend vor der mechanischen Prüfung wurden die Bauteile aus dem Wasser entnommen und an der Luft getrocknet. Die Zugproben wurden zuerst in Wasser eingelegt. Die Schlagbiegeproben folgten zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Um dennoch vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wurden die Schlagbiegeproben denselben Bedingungen unterzogen.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach dem Wasserlagerungszeitraum wurden die Proben erneut visuell inspiziert und exakt vermessen. Dabei zeigten sich keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Auch die Messdaten hinsichtlich Länge, Breite, Höhe und Gewicht zeigten keine signifikanten Abweichungen im Vergleich zu den vorher dokumentierten Werten.<br /> <br /> Dieses vorläufige Ergebnis deutet darauf hin, dass GreenTEC Pro in Bezug auf Wasseraufnahme eine eher hohe Resistenz aufweist.<br /> <br /> == Laborversuche ==<br /> <br /> === Zugversuche === <br /> <br /> Die Zugproben wurden zuerst untersucht. Ebenso wurde aus Zeitmanagment entschieden nur eine Probe in Z-Richtung zu testen, da diese wie bei den Versuchen ohne Einflüsse keine wahren Daten liefern werden, sondern nur als Vergleich dienen werden. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten, Wasseraufnahme<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Z Daten.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Wasseraufnahme !! Veränderung !! Veränderung bei PET als Vergleich<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~3417 || ↓ ca. 12 % || ↓ ca. 25 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40.5 || ~36,5 || ↓ ca. 10 % || ↓ 10-30 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,05 || ≈ Gleich || /<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~26,1 || ↓ ca. 18 % || ↓ ca. 10 % <br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3–4 || 3–4 || ≈ Gleich || /<br /> |}<br /> <br /> Die Wasserlagerung hat zu einem moderaten Abfall der Steifigkeit (E-Modul) und Festigkeit (Streck- und Bruchspannung) geführt. Die Bruchdehnung blieb hingegen praktisch unverändert. Das deutet darauf hin, dass der Werkstoff nach Wassereinfluss etwas weicher und weniger belastbar, aber nicht spröder wird. Das gleiche zeigt sich bei den Bauteilen in Z-Richtung, in diesem Fall eine Verringerung im E-Modul und der Bruchspannung. Als grobe Orientierung sind in der Tabelle auch PET-Daten aufgeführt: Insbesondere beim Elastizitätsmodul und der Streckgrenze zeigt sich, dass GreenTEC Pro unter Wasserbelastung deutlich weniger nachgibt als PET. Diese Vergleichswerte sollten jedoch mit Vorsicht interpretiert werden, da die mechanischen Kennwerte von PET stark von Temperatur und Konditionierungszustand abhängen und daher in der Literatur erheblich schwanken.<br /> <br /> === Schlagbiegeproben ===<br /> <br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch. <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Wasseraufnahme Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Wasseraufnahme]]<br /> <br /> Gleich wie bei den unbehandelten Proben kam es erneut zu einem Scharnierbruch, die Kerbe wurde also nicht vollständig durchtrennt. Die gemessenen Kennwerte decken sie mit den Ergebnissen der Referenzserie. Die Kerbschlagzähigkeit lag ohne Einfluss bei rund 9,95 kJ/m² und nach eineinhalb Wochen Wasserlagerung bei etwa 9,9 kJ/m². Damit zeigt sich, ähnlich wie bei den Zugversuchen, maximal eine leichte Verringerung der Steifigkeit, aber keine signifikante Änderung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs.<br /> <br /> === Fazit === <br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche stützen die Ergebnisse der Zugversuche und zeigen, dass GreenTEC Pro bei längerer Wasseraussetzung geringfügige Einbußen bei Festigkeit und Steifigkeit erleidet, dabei aber keine starke Sprödigkeit oder strukturelle Instabilität auftritt. Die Wasseraufnahme scheint sich damit nur begrenzt negativ auf die mechanischen Eigenschaften auszuwirken ein grundsätzlich positives Ergebnis im Hinblick auf Anwendungen mit erhöhter Luftfeuchtigkeit oder Wasserkontakt. Damit bestätig sich, dass GreenTEC Pro weiterhin ein geeigneter und zuverlässiger Kunststoff für Bauteile bleibt, die regelmäßig mit Wasser in Berührung kommen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Wasser_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4496 2025-06-20T18:03:19Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Dokumentation und Beobachtungen */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 14.06.2025 ==<br /> <br /> Die Untersuchung der Wasseraufnahme dient der Analyse, inwiefern sich Feuchtigkeit auf das Materialverhalten der gedruckten Bauteile auswirkt. Dabei werden die Bauteile über eine längere Periode in Wasser gelegt. Im Anschluss werden potenzielle Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Bruchverhalten, geprüft. Zusätzlich wird dokumentiert, ob es zu optischen oder geometrischen Veränderungen, in Form von Aufquellen oder Schichtablösungen kommt.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Zur Untersuchung des Einflusses von Wasser wurden insgesamt neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in Wasser vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für etwa elf Tage vollständig in ein Wasserbad eingelegt. Der Versuch wurde unter Raumtemperatur durchgeführt. Am Abend vor der mechanischen Prüfung wurden die Bauteile aus dem Wasser entnommen und an der Luft getrocknet. Die Zugproben wurden zuerst in Wasser eingelegt. Die Schlagbiegeproben folgten zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Um dennoch vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wurden die Schlagbiegeproben denselben Bedingungen unterzogen.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach dem Wasserlagerungszeitraum wurden die Proben erneut visuell inspiziert und exakt vermessen. Dabei zeigten sich keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Auch die Messdaten hinsichtlich Länge, Breite, Höhe und Gewicht zeigten keine signifikanten Abweichungen im Vergleich zu den vorher dokumentierten Werten.<br /> <br /> Dieses vorläufige Ergebnisse deuten darauf hin, dass GreenTEC Pro in Bezug auf Wasseraufnahme eine eher hohe Resistenz aufweist.<br /> <br /> == Laborversuche ==<br /> <br /> === Zugversuche === <br /> <br /> Die Zugproben wurden zuerst untersucht. Ebenso wurde aus Zeitmanagment entschieden nur eine Probe in Z-Richtung zu testen, da diese wie bei den Versuchen ohne Einflüsse keine wahren Daten liefern werden, sondern nur als Vergleich dienen werden. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten, Wasseraufnahme<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Z Daten.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Wasseraufnahme !! Veränderung !! Veränderung bei PET als Vergleich<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~3417 || ↓ ca. 12 % || ↓ ca. 25 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40.5 || ~36,5 || ↓ ca. 10 % || ↓ 10-30 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,05 || ≈ Gleich || /<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~26,1 || ↓ ca. 18 % || ↓ ca. 10 % <br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3–4 || 3–4 || ≈ Gleich || /<br /> |}<br /> <br /> Die Wasserlagerung hat zu einem moderaten Abfall der Steifigkeit (E-Modul) und Festigkeit (Streck- und Bruchspannung) geführt. Die Bruchdehnung blieb hingegen praktisch unverändert. Das deutet darauf hin, dass der Werkstoff nach Wassereinfluss etwas weicher und weniger belastbar, aber nicht spröder wird. Das gleiche zeigt sich bei den Bauteilen in Z-Richtung, in diesem Fall eine Verringerung im E-Modul und der Bruchspannung. Als grobe Orientierung sind in der Tabelle auch PET-Daten aufgeführt: Insbesondere beim Elastizitätsmodul und der Streckgrenze zeigt sich, dass GreenTEC Pro unter Wasserbelastung deutlich weniger nachgibt als PET. Diese Vergleichswerte sollten jedoch mit Vorsicht interpretiert werden, da die mechanischen Kennwerte von PET stark von Temperatur und Konditionierungszustand abhängen und daher in der Literatur erheblich schwanken.<br /> <br /> === Schlagbiegeproben ===<br /> <br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch. <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Wasseraufnahme Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Wasseraufnahme]]<br /> <br /> Gleich wie bei den unbehandelten Proben kam es erneut zu einem Scharnierbruch, die Kerbe wurde also nicht vollständig durchtrennt. Die gemessenen Kennwerte decken sie mit den Ergebnissen der Referenzserie. Die Kerbschlagzähigkeit lag ohne Einfluss bei rund 9,95 kJ/m² und nach eineinhalb Wochen Wasserlagerung bei etwa 9,9 kJ/m². Damit zeigt sich, ähnlich wie bei den Zugversuchen, maximal eine leichte Verringerung der Steifigkeit, aber keine signifikante Änderung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs.<br /> <br /> === Fazit === <br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche stützen die Ergebnisse der Zugversuche und zeigen, dass GreenTEC Pro bei längerer Wasseraussetzung geringfügige Einbußen bei Festigkeit und Steifigkeit erleidet, dabei aber keine starke Sprödigkeit oder strukturelle Instabilität auftritt. Die Wasseraufnahme scheint sich damit nur begrenzt negativ auf die mechanischen Eigenschaften auszuwirken ein grundsätzlich positives Ergebnis im Hinblick auf Anwendungen mit erhöhter Luftfeuchtigkeit oder Wasserkontakt. Damit bestätig sich, dass GreenTEC Pro weiterhin ein geeigneter und zuverlässiger Kunststoff für Bauteile bleibt, die regelmäßig mit Wasser in Berührung kommen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Wasser_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4495 2025-06-20T18:01:09Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Versuchsablauf */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 14.06.2025 ==<br /> <br /> Die Untersuchung der Wasseraufnahme dient der Analyse, inwiefern sich Feuchtigkeit auf das Materialverhalten der gedruckten Bauteile auswirkt. Dabei werden die Bauteile über eine längere Periode in Wasser gelegt. Im Anschluss werden potenzielle Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Bruchverhalten, geprüft. Zusätzlich wird dokumentiert, ob es zu optischen oder geometrischen Veränderungen, in Form von Aufquellen oder Schichtablösungen kommt.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Zur Untersuchung des Einflusses von Wasser wurden insgesamt neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in Wasser vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für etwa elf Tage vollständig in ein Wasserbad eingelegt. Der Versuch wurde unter Raumtemperatur durchgeführt. Am Abend vor der mechanischen Prüfung wurden die Bauteile aus dem Wasser entnommen und an der Luft getrocknet. Die Zugproben wurden zuerst in Wasser eingelegt. Die Schlagbiegeproben folgten zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Um dennoch vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wurden die Schlagbiegeproben denselben Bedingungen unterzogen.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach dem Wasserlagerungszeitraum wurden die Proben erneut visuell inspiziert und exakt vermessen. Dabei zeigten sich keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Auch die Messdaten hinsichtlich Länge, Breite, Höhe und Gewicht zeigten keine signifikanten Abweichungen im Vergleich zu den vorher dokumentierten Werten.<br /> <br /> Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass GreenTEC Pro in Bezug auf Wasseraufnahme und dimensionsstabilem Verhalten unter den getesteten Bedingungen eine eher hohe Resistenz aufweist.<br /> <br /> == Laborversuche ==<br /> <br /> === Zugversuche === <br /> <br /> Die Zugproben wurden zuerst untersucht. Ebenso wurde aus Zeitmanagment entschieden nur eine Probe in Z-Richtung zu testen, da diese wie bei den Versuchen ohne Einflüsse keine wahren Daten liefern werden, sondern nur als Vergleich dienen werden. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten, Wasseraufnahme<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Z Daten.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Wasseraufnahme !! Veränderung !! Veränderung bei PET als Vergleich<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~3417 || ↓ ca. 12 % || ↓ ca. 25 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40.5 || ~36,5 || ↓ ca. 10 % || ↓ 10-30 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,05 || ≈ Gleich || /<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~26,1 || ↓ ca. 18 % || ↓ ca. 10 % <br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3–4 || 3–4 || ≈ Gleich || /<br /> |}<br /> <br /> Die Wasserlagerung hat zu einem moderaten Abfall der Steifigkeit (E-Modul) und Festigkeit (Streck- und Bruchspannung) geführt. Die Bruchdehnung blieb hingegen praktisch unverändert. Das deutet darauf hin, dass der Werkstoff nach Wassereinfluss etwas weicher und weniger belastbar, aber nicht spröder wird. Das gleiche zeigt sich bei den Bauteilen in Z-Richtung, in diesem Fall eine Verringerung im E-Modul und der Bruchspannung. Als grobe Orientierung sind in der Tabelle auch PET-Daten aufgeführt: Insbesondere beim Elastizitätsmodul und der Streckgrenze zeigt sich, dass GreenTEC Pro unter Wasserbelastung deutlich weniger nachgibt als PET. Diese Vergleichswerte sollten jedoch mit Vorsicht interpretiert werden, da die mechanischen Kennwerte von PET stark von Temperatur und Konditionierungszustand abhängen und daher in der Literatur erheblich schwanken.<br /> <br /> === Schlagbiegeproben ===<br /> <br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch. <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Wasseraufnahme Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Wasseraufnahme]]<br /> <br /> Gleich wie bei den unbehandelten Proben kam es erneut zu einem Scharnierbruch, die Kerbe wurde also nicht vollständig durchtrennt. Die gemessenen Kennwerte decken sie mit den Ergebnissen der Referenzserie. Die Kerbschlagzähigkeit lag ohne Einfluss bei rund 9,95 kJ/m² und nach eineinhalb Wochen Wasserlagerung bei etwa 9,9 kJ/m². Damit zeigt sich, ähnlich wie bei den Zugversuchen, maximal eine leichte Verringerung der Steifigkeit, aber keine signifikante Änderung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs.<br /> <br /> === Fazit === <br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche stützen die Ergebnisse der Zugversuche und zeigen, dass GreenTEC Pro bei längerer Wasseraussetzung geringfügige Einbußen bei Festigkeit und Steifigkeit erleidet, dabei aber keine starke Sprödigkeit oder strukturelle Instabilität auftritt. Die Wasseraufnahme scheint sich damit nur begrenzt negativ auf die mechanischen Eigenschaften auszuwirken ein grundsätzlich positives Ergebnis im Hinblick auf Anwendungen mit erhöhter Luftfeuchtigkeit oder Wasserkontakt. Damit bestätig sich, dass GreenTEC Pro weiterhin ein geeigneter und zuverlässiger Kunststoff für Bauteile bleibt, die regelmäßig mit Wasser in Berührung kommen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Wasser_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4494 2025-06-20T18:00:34Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Versuchsablauf */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 14.06.2025 ==<br /> <br /> Die Untersuchung der Wasseraufnahme dient der Analyse, inwiefern sich Feuchtigkeit auf das Materialverhalten der gedruckten Bauteile auswirkt. Dabei werden die Bauteile über eine längere Periode in Wasser gelegt. Im Anschluss werden potenzielle Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Bruchverhalten, geprüft. Zusätzlich wird dokumentiert, ob es zu optischen oder geometrischen Veränderungen, in Form von Aufquellen oder Schichtablösungen kommt.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Zur Untersuchung des Einflusses von Wasser wurden insgesamt neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in Wasser vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für etwa elf Tage vollständig in ein Wasserbad eingelegt. Der Versuch wurde unter Raumtemperatur durchgeführt. Einen Tag vor der mechanischen Prüfung wurden die Bauteile aus dem Wasser entnommen und an der Luft getrocknet. Die Zugproben wurden zuerst in Wasser eingelegt. Die Schlagbiegeproben folgten zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Um dennoch vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wurden die Schlagbiegeproben denselben Bedingungen unterzogen.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach dem Wasserlagerungszeitraum wurden die Proben erneut visuell inspiziert und exakt vermessen. Dabei zeigten sich keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Auch die Messdaten hinsichtlich Länge, Breite, Höhe und Gewicht zeigten keine signifikanten Abweichungen im Vergleich zu den vorher dokumentierten Werten.<br /> <br /> Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass GreenTEC Pro in Bezug auf Wasseraufnahme und dimensionsstabilem Verhalten unter den getesteten Bedingungen eine eher hohe Resistenz aufweist.<br /> <br /> == Laborversuche ==<br /> <br /> === Zugversuche === <br /> <br /> Die Zugproben wurden zuerst untersucht. Ebenso wurde aus Zeitmanagment entschieden nur eine Probe in Z-Richtung zu testen, da diese wie bei den Versuchen ohne Einflüsse keine wahren Daten liefern werden, sondern nur als Vergleich dienen werden. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten, Wasseraufnahme<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Z Daten.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Wasseraufnahme !! Veränderung !! Veränderung bei PET als Vergleich<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~3417 || ↓ ca. 12 % || ↓ ca. 25 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40.5 || ~36,5 || ↓ ca. 10 % || ↓ 10-30 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,05 || ≈ Gleich || /<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~26,1 || ↓ ca. 18 % || ↓ ca. 10 % <br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3–4 || 3–4 || ≈ Gleich || /<br /> |}<br /> <br /> Die Wasserlagerung hat zu einem moderaten Abfall der Steifigkeit (E-Modul) und Festigkeit (Streck- und Bruchspannung) geführt. Die Bruchdehnung blieb hingegen praktisch unverändert. Das deutet darauf hin, dass der Werkstoff nach Wassereinfluss etwas weicher und weniger belastbar, aber nicht spröder wird. Das gleiche zeigt sich bei den Bauteilen in Z-Richtung, in diesem Fall eine Verringerung im E-Modul und der Bruchspannung. Als grobe Orientierung sind in der Tabelle auch PET-Daten aufgeführt: Insbesondere beim Elastizitätsmodul und der Streckgrenze zeigt sich, dass GreenTEC Pro unter Wasserbelastung deutlich weniger nachgibt als PET. Diese Vergleichswerte sollten jedoch mit Vorsicht interpretiert werden, da die mechanischen Kennwerte von PET stark von Temperatur und Konditionierungszustand abhängen und daher in der Literatur erheblich schwanken.<br /> <br /> === Schlagbiegeproben ===<br /> <br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch. <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Wasseraufnahme Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Wasseraufnahme]]<br /> <br /> Gleich wie bei den unbehandelten Proben kam es erneut zu einem Scharnierbruch, die Kerbe wurde also nicht vollständig durchtrennt. Die gemessenen Kennwerte decken sie mit den Ergebnissen der Referenzserie. Die Kerbschlagzähigkeit lag ohne Einfluss bei rund 9,95 kJ/m² und nach eineinhalb Wochen Wasserlagerung bei etwa 9,9 kJ/m². Damit zeigt sich, ähnlich wie bei den Zugversuchen, maximal eine leichte Verringerung der Steifigkeit, aber keine signifikante Änderung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs.<br /> <br /> === Fazit === <br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche stützen die Ergebnisse der Zugversuche und zeigen, dass GreenTEC Pro bei längerer Wasseraussetzung geringfügige Einbußen bei Festigkeit und Steifigkeit erleidet, dabei aber keine starke Sprödigkeit oder strukturelle Instabilität auftritt. Die Wasseraufnahme scheint sich damit nur begrenzt negativ auf die mechanischen Eigenschaften auszuwirken ein grundsätzlich positives Ergebnis im Hinblick auf Anwendungen mit erhöhter Luftfeuchtigkeit oder Wasserkontakt. Damit bestätig sich, dass GreenTEC Pro weiterhin ein geeigneter und zuverlässiger Kunststoff für Bauteile bleibt, die regelmäßig mit Wasser in Berührung kommen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Wasser_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4493 2025-06-20T18:00:17Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Versuchsablauf */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 14.06.2025 ==<br /> <br /> Die Untersuchung der Wasseraufnahme dient der Analyse, inwiefern sich Feuchtigkeit auf das Materialverhalten der gedruckten Bauteile auswirkt. Dabei werden die Bauteile über eine längere Periode in Wasser gelegt. Im Anschluss werden potenzielle Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Bruchverhalten, geprüft. Zusätzlich wird dokumentiert, ob es zu optischen oder geometrischen Veränderungen, in Form von Aufquellen oder Schichtablösungen kommt.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Zur Untersuchung des Einflusses von Wasser wurden insgesamt neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in Wasser vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für etwa Elf Tage vollständig in ein Wasserbad eingelegt. Der Versuch wurde unter Raumtemperatur durchgeführt. Einen Tag vor der mechanischen Prüfung wurden die Bauteile aus dem Wasser entnommen und an der Luft getrocknet. Die Zugproben wurden zuerst in Wasser eingelegt. Die Schlagbiegeproben folgten zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Um dennoch vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wurden die Schlagbiegeproben denselben Bedingungen unterzogen.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach dem Wasserlagerungszeitraum wurden die Proben erneut visuell inspiziert und exakt vermessen. Dabei zeigten sich keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Auch die Messdaten hinsichtlich Länge, Breite, Höhe und Gewicht zeigten keine signifikanten Abweichungen im Vergleich zu den vorher dokumentierten Werten.<br /> <br /> Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass GreenTEC Pro in Bezug auf Wasseraufnahme und dimensionsstabilem Verhalten unter den getesteten Bedingungen eine eher hohe Resistenz aufweist.<br /> <br /> == Laborversuche ==<br /> <br /> === Zugversuche === <br /> <br /> Die Zugproben wurden zuerst untersucht. Ebenso wurde aus Zeitmanagment entschieden nur eine Probe in Z-Richtung zu testen, da diese wie bei den Versuchen ohne Einflüsse keine wahren Daten liefern werden, sondern nur als Vergleich dienen werden. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten, Wasseraufnahme<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Z Daten.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Wasseraufnahme !! Veränderung !! Veränderung bei PET als Vergleich<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~3417 || ↓ ca. 12 % || ↓ ca. 25 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40.5 || ~36,5 || ↓ ca. 10 % || ↓ 10-30 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,05 || ≈ Gleich || /<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~26,1 || ↓ ca. 18 % || ↓ ca. 10 % <br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3–4 || 3–4 || ≈ Gleich || /<br /> |}<br /> <br /> Die Wasserlagerung hat zu einem moderaten Abfall der Steifigkeit (E-Modul) und Festigkeit (Streck- und Bruchspannung) geführt. Die Bruchdehnung blieb hingegen praktisch unverändert. Das deutet darauf hin, dass der Werkstoff nach Wassereinfluss etwas weicher und weniger belastbar, aber nicht spröder wird. Das gleiche zeigt sich bei den Bauteilen in Z-Richtung, in diesem Fall eine Verringerung im E-Modul und der Bruchspannung. Als grobe Orientierung sind in der Tabelle auch PET-Daten aufgeführt: Insbesondere beim Elastizitätsmodul und der Streckgrenze zeigt sich, dass GreenTEC Pro unter Wasserbelastung deutlich weniger nachgibt als PET. Diese Vergleichswerte sollten jedoch mit Vorsicht interpretiert werden, da die mechanischen Kennwerte von PET stark von Temperatur und Konditionierungszustand abhängen und daher in der Literatur erheblich schwanken.<br /> <br /> === Schlagbiegeproben ===<br /> <br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch. <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Wasseraufnahme Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Wasseraufnahme]]<br /> <br /> Gleich wie bei den unbehandelten Proben kam es erneut zu einem Scharnierbruch, die Kerbe wurde also nicht vollständig durchtrennt. Die gemessenen Kennwerte decken sie mit den Ergebnissen der Referenzserie. Die Kerbschlagzähigkeit lag ohne Einfluss bei rund 9,95 kJ/m² und nach eineinhalb Wochen Wasserlagerung bei etwa 9,9 kJ/m². Damit zeigt sich, ähnlich wie bei den Zugversuchen, maximal eine leichte Verringerung der Steifigkeit, aber keine signifikante Änderung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs.<br /> <br /> === Fazit === <br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche stützen die Ergebnisse der Zugversuche und zeigen, dass GreenTEC Pro bei längerer Wasseraussetzung geringfügige Einbußen bei Festigkeit und Steifigkeit erleidet, dabei aber keine starke Sprödigkeit oder strukturelle Instabilität auftritt. Die Wasseraufnahme scheint sich damit nur begrenzt negativ auf die mechanischen Eigenschaften auszuwirken ein grundsätzlich positives Ergebnis im Hinblick auf Anwendungen mit erhöhter Luftfeuchtigkeit oder Wasserkontakt. Damit bestätig sich, dass GreenTEC Pro weiterhin ein geeigneter und zuverlässiger Kunststoff für Bauteile bleibt, die regelmäßig mit Wasser in Berührung kommen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Wasser_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4492 2025-06-20T17:58:24Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 14.06.2025 */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 14.06.2025 ==<br /> <br /> Die Untersuchung der Wasseraufnahme dient der Analyse, inwiefern sich Feuchtigkeit auf das Materialverhalten der gedruckten Bauteile auswirkt. Dabei werden die Bauteile über eine längere Periode in Wasser gelegt. Im Anschluss werden potenzielle Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Bruchverhalten, geprüft. Zusätzlich wird dokumentiert, ob es zu optischen oder geometrischen Veränderungen, in Form von Aufquellen oder Schichtablösungen kommt.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Zur Untersuchung des Einflusses von Wasser wurden insgesamt neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in Wasser vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für etwa 1,5 Wochen vollständig in ein Wasserbad eingelegt. Der Versuch wurde unter Raumtemperatur durchgeführt. Einen Tag vor der mechanischen Prüfung wurden die Bauteile aus dem Wasser entnommen und an der Luft getrocknet. Die Zugproben wurden zuerst in Wasser eingelegt. Die Schlagbiegeproben folgten zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Um dennoch vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wurden die Schlagbiegeproben denselben Bedingungen unterzogen.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach dem Wasserlagerungszeitraum wurden die Proben erneut visuell inspiziert und exakt vermessen. Dabei zeigten sich keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Auch die Messdaten hinsichtlich Länge, Breite, Höhe und Gewicht zeigten keine signifikanten Abweichungen im Vergleich zu den vorher dokumentierten Werten.<br /> <br /> Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass GreenTEC Pro in Bezug auf Wasseraufnahme und dimensionsstabilem Verhalten unter den getesteten Bedingungen eine eher hohe Resistenz aufweist.<br /> <br /> == Laborversuche ==<br /> <br /> === Zugversuche === <br /> <br /> Die Zugproben wurden zuerst untersucht. Ebenso wurde aus Zeitmanagment entschieden nur eine Probe in Z-Richtung zu testen, da diese wie bei den Versuchen ohne Einflüsse keine wahren Daten liefern werden, sondern nur als Vergleich dienen werden. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten, Wasseraufnahme<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Z Daten.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Wasseraufnahme !! Veränderung !! Veränderung bei PET als Vergleich<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~3417 || ↓ ca. 12 % || ↓ ca. 25 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40.5 || ~36,5 || ↓ ca. 10 % || ↓ 10-30 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,05 || ≈ Gleich || /<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~26,1 || ↓ ca. 18 % || ↓ ca. 10 % <br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3–4 || 3–4 || ≈ Gleich || /<br /> |}<br /> <br /> Die Wasserlagerung hat zu einem moderaten Abfall der Steifigkeit (E-Modul) und Festigkeit (Streck- und Bruchspannung) geführt. Die Bruchdehnung blieb hingegen praktisch unverändert. Das deutet darauf hin, dass der Werkstoff nach Wassereinfluss etwas weicher und weniger belastbar, aber nicht spröder wird. Das gleiche zeigt sich bei den Bauteilen in Z-Richtung, in diesem Fall eine Verringerung im E-Modul und der Bruchspannung. Als grobe Orientierung sind in der Tabelle auch PET-Daten aufgeführt: Insbesondere beim Elastizitätsmodul und der Streckgrenze zeigt sich, dass GreenTEC Pro unter Wasserbelastung deutlich weniger nachgibt als PET. Diese Vergleichswerte sollten jedoch mit Vorsicht interpretiert werden, da die mechanischen Kennwerte von PET stark von Temperatur und Konditionierungszustand abhängen und daher in der Literatur erheblich schwanken.<br /> <br /> === Schlagbiegeproben ===<br /> <br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch. <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Wasseraufnahme Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Wasseraufnahme]]<br /> <br /> Gleich wie bei den unbehandelten Proben kam es erneut zu einem Scharnierbruch, die Kerbe wurde also nicht vollständig durchtrennt. Die gemessenen Kennwerte decken sie mit den Ergebnissen der Referenzserie. Die Kerbschlagzähigkeit lag ohne Einfluss bei rund 9,95 kJ/m² und nach eineinhalb Wochen Wasserlagerung bei etwa 9,9 kJ/m². Damit zeigt sich, ähnlich wie bei den Zugversuchen, maximal eine leichte Verringerung der Steifigkeit, aber keine signifikante Änderung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs.<br /> <br /> === Fazit === <br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche stützen die Ergebnisse der Zugversuche und zeigen, dass GreenTEC Pro bei längerer Wasseraussetzung geringfügige Einbußen bei Festigkeit und Steifigkeit erleidet, dabei aber keine starke Sprödigkeit oder strukturelle Instabilität auftritt. Die Wasseraufnahme scheint sich damit nur begrenzt negativ auf die mechanischen Eigenschaften auszuwirken ein grundsätzlich positives Ergebnis im Hinblick auf Anwendungen mit erhöhter Luftfeuchtigkeit oder Wasserkontakt. Damit bestätig sich, dass GreenTEC Pro weiterhin ein geeigneter und zuverlässiger Kunststoff für Bauteile bleibt, die regelmäßig mit Wasser in Berührung kommen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Einfluss_von_Wasser_auf_Bauteilfestigkeit&diff=4491 2025-06-20T17:57:49Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 14.06.2025 */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 14.06.2025 ==<br /> <br /> Die Untersuchung der Wasseraufnahme dient der Analyse, inwiefern sich Feuchtigkeit auf das Materialverhalten der gedruckten Bauteile auswirkt. Dabei werden die Bauteile über eine längere Periode in Wasser gelegt. Im Anschluss werden potenzielle Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Bruchverhalten, geprüft. Zusätzlich wird dokumentiert, ob es zu optischen oder geometrischen Veränderungen, in form von Aufquellen oder Schichtablösungen kommt.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau und Versuchsablauf ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau ===<br /> <br /> Zur Untersuchung des Einflusses von Wasser wurden insgesamt neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:<br /> <br /> *3 flach gedruckte Zugproben<br /> *3 hochkant gedruckte Zugproben<br /> *3 Schlagbiegeproben<br /> <br /> Die Proben wurden vor dem Einlegen in Wasser vermessen (Länge, Breite, Höhe) und gewogen, um potenzielle Veränderungen in Geometrie oder Masse im Nachgang identifizieren zu können.<br /> <br /> === Versuchsablauf ===<br /> <br /> Die Bauteile wurden für etwa 1,5 Wochen vollständig in ein Wasserbad eingelegt. Der Versuch wurde unter Raumtemperatur durchgeführt. Einen Tag vor der mechanischen Prüfung wurden die Bauteile aus dem Wasser entnommen und an der Luft getrocknet. Die Zugproben wurden zuerst in Wasser eingelegt. Die Schlagbiegeproben folgten zeitlich versetzt, da ein Wechsel der Prüfaufbauten im Labor mit einem höheren organisatorischen Aufwand verbunden war. Um dennoch vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, wurden die Schlagbiegeproben denselben Bedingungen unterzogen.<br /> <br /> == Dokumentation und Beobachtungen ==<br /> <br /> Nach dem Wasserlagerungszeitraum wurden die Proben erneut visuell inspiziert und exakt vermessen. Dabei zeigten sich keine sichtbaren Verformungen oder optischen Auffälligkeiten. Auch die Messdaten hinsichtlich Länge, Breite, Höhe und Gewicht zeigten keine signifikanten Abweichungen im Vergleich zu den vorher dokumentierten Werten.<br /> <br /> Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass GreenTEC Pro in Bezug auf Wasseraufnahme und dimensionsstabilem Verhalten unter den getesteten Bedingungen eine eher hohe Resistenz aufweist.<br /> <br /> == Laborversuche ==<br /> <br /> === Zugversuche === <br /> <br /> Die Zugproben wurden zuerst untersucht. Ebenso wurde aus Zeitmanagment entschieden nur eine Probe in Z-Richtung zu testen, da diese wie bei den Versuchen ohne Einflüsse keine wahren Daten liefern werden, sondern nur als Vergleich dienen werden. Die Daten der Prüfungen finden sich in [Bild 1] sowie die Spannungs-Dehnungsdiagramme in [Bild 2] und [Bild 3].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Daten.png|Bild 1: Zugversuchdaten, Wasseraufnahme<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Diagramm.png|Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe<br /> Datei:Zugversuch Wasseraufnahme Z Daten.png| Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Ohne Einfluss !! Nach Wasseraufnahme !! Veränderung !! Veränderung bei PET als Vergleich<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || ~3417 || ↓ ca. 12 % || ↓ ca. 25 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40.5 || ~36,5 || ↓ ca. 10 % || ↓ 10-30 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || ~2,05 || ≈ Gleich || /<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || ~26,1 || ↓ ca. 18 % || ↓ ca. 10 % <br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3–4 || 3–4 || ≈ Gleich || /<br /> |}<br /> <br /> Die Wasserlagerung hat zu einem moderaten Abfall der Steifigkeit (E-Modul) und Festigkeit (Streck- und Bruchspannung) geführt. Die Bruchdehnung blieb hingegen praktisch unverändert. Das deutet darauf hin, dass der Werkstoff nach Wassereinfluss etwas weicher und weniger belastbar, aber nicht spröder wird. Das gleiche zeigt sich bei den Bauteilen in Z-Richtung, in diesem Fall eine Verringerung im E-Modul und der Bruchspannung. Als grobe Orientierung sind in der Tabelle auch PET-Daten aufgeführt: Insbesondere beim Elastizitätsmodul und der Streckgrenze zeigt sich, dass GreenTEC Pro unter Wasserbelastung deutlich weniger nachgibt als PET. Diese Vergleichswerte sollten jedoch mit Vorsicht interpretiert werden, da die mechanischen Kennwerte von PET stark von Temperatur und Konditionierungszustand abhängen und daher in der Literatur erheblich schwanken.<br /> <br /> === Schlagbiegeproben ===<br /> <br /> Der Schlagbiegeversuch wurde, abgesehen einer zweiwöchigen Verzögerung, unter denselben Bedingungen durchgeführt wie der Zugversuch. <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Wasseraufnahme Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 4: Schlagbiegeversuchdaten, Wasseraufnahme]]<br /> <br /> Gleich wie bei den unbehandelten Proben kam es erneut zu einem Scharnierbruch, die Kerbe wurde also nicht vollständig durchtrennt. Die gemessenen Kennwerte decken sie mit den Ergebnissen der Referenzserie. Die Kerbschlagzähigkeit lag ohne Einfluss bei rund 9,95 kJ/m² und nach eineinhalb Wochen Wasserlagerung bei etwa 9,9 kJ/m². Damit zeigt sich, ähnlich wie bei den Zugversuchen, maximal eine leichte Verringerung der Steifigkeit, aber keine signifikante Änderung der mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs.<br /> <br /> === Fazit === <br /> <br /> Die Schlagbiegeversuche stützen die Ergebnisse der Zugversuche und zeigen, dass GreenTEC Pro bei längerer Wasseraussetzung geringfügige Einbußen bei Festigkeit und Steifigkeit erleidet, dabei aber keine starke Sprödigkeit oder strukturelle Instabilität auftritt. Die Wasseraufnahme scheint sich damit nur begrenzt negativ auf die mechanischen Eigenschaften auszuwirken ein grundsätzlich positives Ergebnis im Hinblick auf Anwendungen mit erhöhter Luftfeuchtigkeit oder Wasserkontakt. Damit bestätig sich, dass GreenTEC Pro weiterhin ein geeigneter und zuverlässiger Kunststoff für Bauteile bleibt, die regelmäßig mit Wasser in Berührung kommen.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Festigkeit&diff=4490 2025-06-20T17:53:38Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Fazit */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> <br /> In diesem Arbeitspaket werden die mechanischen Belastbarkeiten von 3D-Druck Teilen für eine Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die mechanischen Eigenschaften eines unveränderten Bauteils als auch dessen Verhalten unter Einflüssen wie ''Wasser'', ''Temperatur'' oder ''Chemikalien'' betrachtet.<br /> <br /> Das Ziel dieses Themas ist es, eine realitätsbezogene Analyse der mechanischen Beständigkeit 3D-gedruckter Bauteile zu erstellen. Die gewonnen Erkenntnisse können zur Materialspezifizierung oder Optimierung der Konstruktion führen.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau ==<br /> <br /> === Ausgangspunkt: Unbehandelte Proben ===<br /> <br /> Nach dem Drucken werden Laborversuche an der Zugprüfmaschine und der Schlagbiegeprüfmaschine an unbehandelten Bauteilen getestet, um diese mit den Werten des Herstellers zu vergleichen, hier ist anzumerken, dass in den Datenblättern von GreenTEC-Pro die Prüfungen mit Spritzgussteilen und nicht 3D-Druckteilen durchgeführt wurden. Ebenso dienen diese Proben als Referenz für spätere Prüfungen mit Einflüssen.<br /> <br /> === Einflussfaktoren ===<br /> <br /> Anschließend werden die gleichen Versuche an Bauteilen mit Einflüssen, in diesem Fall ''Wasser'' in [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.1]], ''Temperatur'' in [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.2]] und ''Chemikalien'' in [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.3]] durchgeführt und anschließend dokumentiert und analysiert.<br /> <br /> '''Einfluss von Wasser'''<br /> <br /> Der erste untersuchte Umwelteinfluss ist die Wirkung von Wasser. Hierbei wird experimentell was das Aussetzen von Wasser auf ein Bauteil über einen vorgeschriebenen Zeitraum für Wirkungen hat und wie sie dies auf seine mechanischen Eigenschaften auswirkt. Es wird ebenso überprüft, ob es zu geometrischen/optischen Veränderungen kommt.<br /> <br /> '''Einfluss von Temperatur'''<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit spielt in einer Kaffeemaschine eine zentrale Rolle, hierbei werden folgende Punkte genauer betrachtet. Zuerst wird getestet, ob eine wiederholtes Erhitzen und abkühlen sich auf die Stabilität des Werkstoffes ausübt. Ebenso wird untersuchte wie sich die Festigkeit des Werkstoffes verhält einer definierten Temperaturen. Falls möglich werden die Temperaturbeständigkeit und Wasseraufnahme zusammen getestet, beispielsweise durch ein heißes Wasserbad, um eine realistisches Bild des Bauteilverhaltens in der Kaffeemaschine zu kriegen.<br /> <br /> '''Einfluss von Chemikalien'''<br /> <br /> Ein weiterer relevanter Einflussfaktor sind Chemikalien. Insbesondere Reinigungs- und Entkalkungschemikalien, die bei Kaffeemaschinen periodisch zum Einsatz kommen werden in Bezug auf Wirkung auf den Kunststoff untersucht. Hierfür wird das Bauteil über einen längeren Zeitraum in eine Lösung aus Wasser und Reinigungsmitteln gelegt. Anschließend wird es auf geometrische/optische Veränderungen überprüft. Zuletzt wird die Festigkeit analysiert, um mögliche Materialschäden oder Beeinträchtigungen der Festigkeit festzustellen.<br /> <br /> == Projektfortschritt ==<br /> <br /> In den ersten Wochen wurde intensive Recherche betrieben. Zuerst wurde das Material GreenTEC-Pro genauer untersucht. Hierfür standen einige Datenblätter zu Verfügung, die einen guten Einblick in die verschiedenen Eigenschaften des Materials geben. <br /> <br /> === Auswahl der Festigkeitsprüfverfahren ===<br /> <br /> Auch die geplanten Festigkeitsprüfungen wurden genauer betrachtet, insbesondere in den Punkten Durchführung und Grund ihrer Auswahl.<br /> <br /> '''Zugversuch''': zur Bestimmung von Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul <br /> <br /> '''Schlagbiegeversuch''': zur Bewertung von Schlagzähigkeit unter plötzlicher Belastung<br /> <br /> === Vermutungen in Bezug auf Einflüsse ===<br /> <br /> Eine Recherche der Einflüsse bei ähnlichen Kunststoffen wie PETG, lässt vermuten das die spezifischen Einflüsse folgende Resultate bringen werden:<br /> <br /> '''Wasseraufnahme''': Leichte Reduzierung der Festigkeit und Zähigkeit. GreenTEC-Pro wird als sehr Wasserresistent angeworben, weshalb nur geringe Änderungen zu vermuten sind.<br /> <br /> '''Temperatur''': Je höher die Temperatur steigt, desto stärker nehmen Steifigkeit und Layerhaftung ab. Speziell im Bereich der VICAT-grenze (160°C) ist mit einem deutlichen Verlust an Festigkeit und Formstabilität zu rechnen.<br /> <br /> '''Chemikalien''': Der Werkstoff ist laut Datenblatt insbesondere gegenüber starken Oxidationsmitteln wie Chlor anfällig. Bei der Exposition gegenüber solchen Chemikalien ist mit einer deutlichen Reduktion der Festigkeit sowie mit optischen Veränderungen (z.B. Verfärbungen, Mattierung der Oberfläche) zu rechnen.<br /> <br /> === Druck der ersten Prüfkörper ===<br /> <br /> In dieser Phase wurden erste Prüfkörper für die anstehenden mechanischen Tests vorbereitet (gesliced), um sie anschließend Drucken zu können.<br /> <br /> Die verwendeten Slicing-Parameter für die ersten Bauteile setzen sich aus '''100% Infill mit geradlinigem Füllmuster''', einer '''Layerhöhe von 0,1 mm''' und einer verwendeten '''Düsengröße von 0,4 mm''' bei dem '''Drucker Prusa MK4S''' zusammen. <br /> <br /> Der Fokus zu diesem Zeitpunkt liegt auf reine Materialeigenschaften, Geometrieanpassung folgen ggf. in späteren Schritten.<br /> <br /> Die zu erwartenden Festigkeitswerte orientieren sich an den Herstellerangaben im Datenblatt von GreenTEC-Pro. Aufgrund des verwendeten FDM-Druckverfahrens sowie typischer Abweichungen (z. B. durch Layeraufbau und Inhomogenität) wird mit leicht reduzierten Werten gerechnet, besonders in Bezug auf ''Zugfestigkeit'' und ''Schlagzähigkeit''<br /> <br /> == Erste Laborversuche ==<br /> <br /> === Labor Einweisung und Drucken der Proben ===<br /> <br /> Zu Beginn der ersten Laborwoche erfolgte eine Einweisung in die Laborvorschriften sowie in die Bedienung der Maschinen, mit denen der Festigkeitsnachweis durchgeführt wird. Ebenso wurden die Prüfproben mittels 3D-Druck gefertigt, jeweils sechs Stück für die Zug- und Schlagbiegeprüfung.<br /> <br /> === Zugprüfung ===<br /> <br /> In der darauffolgenden Woche wurden die ersten Versuche durchgeführt. Ziel war es einerseits, die im Datenblatt angegebenen Materialeigenschaften zu verifizieren und andererseits eine Basis für weitere Versuche mit Einflüssen zu schaffen.<br /> <br /> Die sechs Zugprüfungen verliefen ohne große Komplikationen und es kam zu den in [Bild 1] gezeigten Werten. Die eingezeichneten Daten in ein Spannungs-Dehnungsdiagramm finden sich in [Bild 2], sowie eine detaillierte Gegenüberstellung der Daten aus der Laborarbeit und dem Datenblatt in [Tabelle 1].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;180&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Datensatz2.png|Bild 1: Zugversuchdaten der ersten Versuche, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Diagramm.png| Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm des Zugversuchs<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Tabelle 1:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Laborversuch !! Datenblatt !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || 4300 || ↓ ca. 12,3 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || 58 || ↓ ca. 30,2 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || 2,8 || ↓ ca. 27,9 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || 53 || ↓ ca. 39,6 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,5 || 3,4 || ≈ Gleich<br /> |}<br /> <br /> Es lässt sich feststellen, dass die meisten Messwerte im erwarteten Bereich liegen, jedoch etwas schlechter ausfallen als die Angaben im Datenblatt. Dies lässt sich auf mehrere Faktoren zurückführen: Zum einen schwankt die Qualität von 3D-Druckmaterialien und der Druckprozess selbst unterliegt gewissen Ungenauigkeiten. Zum anderen sind die im Datenblatt angegebenen Werte häufig optimistisch und repräsentieren die bestmöglichen Ergebnisse. Außerdem ist erneut zu erwähnen, dass die Datenblattwerte an Spritzgussteilen ermittelt wurden, während die hier repräsentierten Prüfungen mit 3D-gedruckten Bauteilen durchgeführt wurden.<br /> <br /> === Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Anschließend folgte die Schlagbiegeprüfung. Zunächst wurde ein 2 Joule-Hammer verwendet da der kleinstmögliche Hammer, der das Bauteil noch durchschlägt, die besten Werte liefert. Dieser durchschlug nahezu das gesamte Bauteil, lediglich die letzte Schicht blieb intakt. Daher wurde ein stärkerer 5 Joule-Hammer eingesetzt. Doch auch hier konnte die letzte Schicht nicht durchbrochen werden.<br /> Bei genauerer Analyse zeigte sich, dass es sich vermutlich um ein drucktechnisches Problem handelt. Eine alternative Druckmethode könnte dieses Verhalten möglicherweise verhindern. In realen Anwendungen stellt diese zusätzliche Schicht vermutlich keinen Nachteil dar, im Gegenteil, sie könnte stabilisierend wirken. Für standardisierte Festigkeitsprüfungen jedoch ist sie problematisch.<br /> <br /> Bildmaterial zur Schlagbiegeprüfung mit Scharnierbruch, siehe [Bild 3] und [Bild 4].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;150&quot;&gt;<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 1.jpg|Bild 3: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 2.jpg|Bild 4: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Die erarbeiteten Daten [Bild 5] aus dem Schlagbiegeversuch: <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch_Versuch1.png|mini|600px|zentriert| Bild 5: Schlagbiegeversuchdaten V1 der ersten Versuche, unbehandelt]]<br /> <br /> Hier ist ein bemerkenswerter Unterschied zwischen den beiden Messergebnissen zu erkennen, da es statt des erwarteten vollständigen Bruchs zu einem Scharnierbruch kam, vermutlich verursacht durch den Schichtaufbau beim 3D-Druck.<br /> Das Laborergebnis zeigte eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 14,3 kJ/m², während das Datenblatt von GreenTEC-Pro einen Wert von 4 kJ/m² angibt. Damit liegt der gemessene Wert deutlich höher als der Referenzwert, was sich vermutlich durch den unvollständigen Bruch und die damit verbundene zusätzliche Energieaufnahme erklären lässt.<br /> <br /> Es ist eine Wiederholung der Versuche mit veränderter Probenstruktur vorgesehen.<br /> <br /> === Angepasste Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Um die Schlagbiegeprüfung zuverlässiger auf das Bruchverhalten des verwendeten Materials abzustimmen, wurde das Prüfkörperdesign im Slicer gezielt angepasst. Ziel war es, einen vollständigen und sauberen Bruch an der Kerbe zu erzielen, statt eines untypischen Scharnierbruchs durch druckbedingte Verstärkungen in den oberen Schichten.<br /> <br /> Zu diesem Zweck wurden unter anderem folgende Änderungen vorgenommen:<br /> <br /> *Reduzierung der massiven Schicht an Ober-/Unterseite → Schichtdicke erwies sich als entscheidender Faktor für das Auftreten eines Scharnierbruchs<br /> *Bautteil um 180° gedreht → mit neuer Ausrichtung kann eine dickere Grundschicht beibehalten werden, ohne den Bruchverlauf negativ zu beeinflussen<br /> *Reduzierung des Füllgrades auf 70 % → Vermeidung übermäßiger Materialverdichtung und fördert ein Bruchverhalten<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 gesliced.png|mini|Bild 6: Schlagbiegeprobe V2 gesliced]]<br /> <br /> Die genauen Unterschiede finden sich hier:<br /> <br /> Tabelle 2:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Vorher !! Nachher<br /> |-<br /> | Ausrichtung der Probe || Kerbe nach oben || Kerbe nach unten<br /> |-<br /> | Top Layer Schichten || 8 Schichten || 1 Schicht<br /> |-<br /> | Top Layer Schalenstärke || 0,7 mm || 0,2 mm<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schichten || 7 Schichten || 2 Schichten<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schalenstärke || 0,4 mm || 0,5 mm<br /> |-<br /> | Perimeter || 0,3 mm || 0,1 mm<br /> |-<br /> | Infill || 100% || 70%<br /> |}<br /> <br /> == Zweiter Laborversuch ==<br /> <br /> === Erweiterung der Zugprüfung auf Z-Richtungsbelastung ===<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Hochkannt gesliced 33.png|mini|100px|rechts| Bild 7: Zugprobe Hochkannt gedruckt, gesliced]]<br /> <br /> In realen Anwendungen wirken mechanische Kräfte nie nur aus einer einzigen Richtung. Es treten meist Belastungen verteilt und gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen auf, wobei sie oft stark in bestimmte und vergleichsweise eher schwach in andere resultieren. Die bislang durchgeführten Zugversuche beschränkten sich auf flach gedruckte Proben, bei denen die Last hauptsächlich in der X- und Y-Richtung aufgenommen wird.<br /> <br /> Im weiteren Projektverlauf wurde daher beschlossen, zusätzlich auch hochkant (in Z-Richtung) gedruckte Zugproben [Bild 7] herzustellen und zu prüfen. Diese sollen gezielt die Schichtanhaftung sowie die mechanische Festigkeit in Z-Richtung untersuchen, da diese Richtung im 3D-Druckverfahren häufig eine Schwachstelle darstellt. Durch die Kombination beider Prüfrichtungen (XY und Z) entsteht ein ganzheitlicheres Bild der Materialeigenschaften unter realitätsnahen Belastungsbilder.<br /> <br /> === Versuchsergebnisse ===<br /> <br /> Nach dem ersten Versuch wurde deutlich, dass die Messergebnisse in ihrer aktuellen Form nur eingeschränkt aussagekräftig sind. Die Prüfteile versagten aufgrund der schwachen Schichthaftung in Z-Richtung sehr plötzlich, wodurch die Traverse der Zugprüfmaschine nicht weit genug fahren konnte um die Festigkeitsdaten des Bauteils zu erfassen. Aus diesem Grund wurde die nominelle Bruchdehnung (auch technische Bruchdehnung) ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt;, in die Datenerfassung aufgenommen. Sie ist zwar nicht so präzise wie die tatsächliche Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt;, da sie logarithmisch aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm errechnet wird, liefert aber eine gute Orientierung bezüglich des Dehnungsbereichs und reicht aus, um Vergleiche zwischen den Probenserien zu ermöglichen. Bei dem Vergleich der beiden Spannungs-Dehnungsdiagramme aus [Bild 2] und [Bild 9] ist dieser Unterschied ebenfalls eindeutig zu erkennen. Bei den Bauteilen die Hochkant gedruckt wurden, ist weder Spannung noch Dehnung ansatzweise so stark ausgeprägt wie bei den Flachgedruckten Bauteilen.<br /> <br /> Dies zeigt sich auch an der sehr niedrigen Bruchdehnung von lediglich 0,7 % bis 1,4 %, was auf ein ausgeprägt sprödes Versagensverhalten hinweist. Trotz dieser Einschränkungen sind die vorhandenen Ergebnisse keinesfalls wertlos, denn sie liefern eine grundlegende Referenz für spätere Versuche unter Einfluss von Umweltfaktoren und können als Vergleichsbasis zur qualitativen Bewertung herangezogen werden.<br /> <br /> Auffällig ist, dass die letzte Probe deutliche Abweichungen im Vergleich zu den ersten beiden aufweist. Diese Probe wurde mit einem neuen Filament gefertigt, wodurch geringe Unterschiede entstehen können. Wahrscheinlicher ist jedoch, dass die Daten sich unterscheiden weil ein Knoten im Filament vorlag, was die Druckqualität einzelner Bauteile negativ beeinflusst hat. Während sich dies bei den Zugproben kaum bemerkbar machte, war der Effekt bei einigen Schlagbiegeproben deutlich sichtbar, was sich auch in den späteren Prüfergebnissen widerspiegelt.<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Schlagbiegeversuch Versuch1 Z.png|Bild 8: Zugprüfungsergebnisse Z-Richtung, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche hochkannt diagramm.png|Bild 9: Spannungs-Dehnungsdiagramm für Zugprüfung Z-Richtung, unbehandelt <br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> == Wiederholung Schlagbiegeversuch ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau und Hintergrund ===<br /> <br /> Für die Wiederholung des Schlagbiegeversuchs wurde erneut ein Pendel mit einem 5 Joule-Hammer verwendet. Im Vergleich zum ersten Versuch kamen diesmal angepasste Proben zum Einsatz, die gezielt so konstruiert wurden, dass sie leichter versagen sollten. Ziel war es, den zuvor beobachteten Scharnierbruch zu vermeiden und stattdessen einen vollständigen Werkstoffbruch zu erreichen.<br /> <br /> Trotz dieser Anpassung trat jedoch erneut ein Scharnierbruch auf. Dies bestätigt die Annahme, dass sich 3D-gedruckte Bauteile, insbesondere im FDM-Verfahren, nur eingeschränkt für klassische Schlagbiegeversuche eignen. Der werkstofftypische Faseraufbau sorgt trotz des eher spröden GreenTEC-Pro Materials für eine erhöhte Elastizität und verhindert somit eine vollständige Trennung der Probe unter Schlagbelastung.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 10: Schlagbiegeversuchdaten V2, unbehandelt]]<br /> <br /> === Ergebnisse ===<br /> <br /> Die angepasste Schlagbiegeprobe hat im Vergleich zum ersten Versuch deutlich bessere Ergebnisse geliefert und nähert sich den im Datenblatt angegebenen Werten für die Kerbschlagzähigkeit an. Während im Datenblatt ein Wert von etwa 4 kJ/m² genannt wird, konnte im zweiten Versuch eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 9,95 kJ/m² [Bild 10] erreicht werden. Dies zeigt, dass die Modifikationen am Probenkörper eine Verbesserung bewirkt haben. Dennoch wurde der gewünschte vollständige Bruch erneut nicht erreicht – stattdessen trat wieder ein Scharnierbruch auf, was die typischen Schwächen von 3D-gedruckten Proben bei dieser Prüfart bestätigt.<br /> <br /> Trotz der Einschränkungen liefert der Versuch wichtige Erkenntnisse über die Energieaufnahme und das Verhalten der Proben unter schlagartiger Belastung. Die gewonnenen Daten sind aussagekräftig genug, um als Vergleichsbasis für die weiteren Versuchsreihen mit äußeren Einflüssen wie Wasser oder Chemikalien verwendet zu werden.<br /> <br /> == Fazit ==<br /> <br /> Die Versuche bestätigen insgesamt die Datenblatt-Tendenzen, zeigen jedoch eine Tendenz ins negative:<br /> <br /> Im Zugversuch (XY-Richtung) liegen die gemessenen Kennwerte etwa 10 – 40 % unter den Datenblattangaben für Spritzgussteile, was sich auf die abweichende Fertigungs­technik, optimistisch ausgewählten Werten und einer variierenden Druckerqualität zurückführen lässt.<br /> <br /> Im Zugversuch (Z-Richtung) fallen die Kennwerte erwartungsgemäß weit ab und unterstreichen, dass Orientierungs­wahl oder eine nachträgliche Verfestigung nötig sind, wenn Zuglasten quer zur Schicht auftreten.<br /> <br /> Beim Schlagbiegeversuch, liegt die ermittelte Kerbschlagzähigkeit zwar in einem akzeptablen Bereich, aber es fällt auf, dass FDM-gedruckte Proben für klassische Pendelschlag­verfahren nur bedingt geeignet sind. Der aus dem Schichtenaufbau resultierende Scharnierbruch verhindert einen sauberen, vollständig trennenden Bruch. Trotzdem liefern die Ergebnisse eine gute Vergleichsgrundlage, für spätere Bauteile mit Einflüssen.<br /> <br /> Diese Referenzwerte bilden die Grundlage, um in den folgenden Abschnitten die Einflüsse von Wasser, Temperatur und Chemikalien direkt mit den Ausgangsdaten zu vergleichen und zu bewerten.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Projektarbeit_Simon_Besl,_Matthias_Strohmeier,_Maximilian_Wimmer&diff=4489 2025-06-20T17:43:26Z

<p>Maximilian Wimmer: /* ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck */</p> <hr /> <div>&lt;htmltag tagname=&quot;img&quot; src=&quot;http://vg04.met.vgwort.de/na/01eb38e54a1640e4910af65aa621c0fc&quot; width=&quot;1&quot; height=&quot;1&quot; alt=&quot;&quot;&gt;&lt;/htmltag&gt;<br /> = Möglichkeiten der Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck =<br /> <br /> == Aufgabenanalyse ==<br /> <br /> ===Lasergravieren von Kunststofffolien Folien zur Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)===<br /> In diesem globalen Arbeitspaket wird die Bearbeitung von (PET-) Folien mittels Lasergravur sowie die anschließende Beschichtung von FDM-3D-Druckplatten mit diesen untersucht. Es werden verschiedene (PET-) Ausgangsfolien ausgewählt, die auf Druckplatten geklebt werden können. Diese dienen als Ausgangsmaterial. &lt;br&gt;<br /> <br /> Zunächst werden verschiedene Laserbearbeitungsverfahren in Verbindung mit PET-<br /> Folien recherchiert. Bei der Laserbearbeitung von Kunststofffolien sind häufig Parameter wie die Wellenlänge des Laserlichts, die Laserleistung oder die Bearbeitungsgeschwindigkeit entscheidend für ein erfolgreiches Beschriftungsergebnis. Diese und möglicherweise weitere Parameter werden recherchiert, sortiert und anschließend getestet. Auch die Form und Komplexität der Gravur kann hierbei eine Rolle spielen und wird untersucht. &lt;br&gt;<br /> Zusätzlich stellt sich die Frage, wie lange eine solche Textur – beispielsweise eine Nummer oder ein Logo – über eine PET-Folie auf Bauteile aufgedruckt werden kann, bevor die Folie verschleißt. Das gesamte Vorgehen wird im ersten Schritt sorgfältig geplant und vorbereitet, da der Zugang zu einem Laserbeschrifter nicht jederzeit garantiert werden kann. Somit liegt der erste Fokus klar auf der Recherche, Planung und Vorbereitung der Versuche. Als zusätzliche Untersuchung kann das „GreenTec Pro“-Filament der Marke Extrudr auf direkte Lasergravur und -bearbeitung hin untersucht werden. Hierbei werden gedruckte Bauteile mit verschiedenen Laserparametern beschossen und anschließend ausgewertet.<br /> <br /> === Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern (Simon Besl) ===<br /> Im Rahmen dieses Arbeitspakets wird der Einfluss unterschiedlicher FDM-3D-Drucker auf die resultierende Oberflächenqualität von Druckteilen systematisch untersucht. Ziel ist es, Druckergebnisse hinsichtlich ihrer optischen und haptischen Qualität sowie geometrischen Maßhaltigkeit vergleichend zu analysieren.<br /> <br /> Dazu wird zunächst ein standardisiertes Testbauteil konstruiert, das gezielt typische Herausforderungen im FDM-Druck integriert – darunter Überhänge über 45°, filigrane Details sowie Flächen zur Bewertung von Textur und Layer-Bildung. Dieses Testobjekt dient als Referenzmodell für alle Druckversuche.<br /> <br /> Im Anschluss erfolgt der Druck des Testobjekts auf mehreren 3D-Druckern unterschiedlicher Hersteller unter möglichst einheitlichen Druckparametern. Zusätzlich wird der Einfluss verschiedener Slicer-Programme (z. B. Cura, PrusaSlicer, Orca) analysiert, indem identische Modelle mit jeweils softwaretypischen Standardprofilen gesliced und verglichen werden.<br /> <br /> Die gedruckten Bauteile werden in zwei Schritten ausgewertet:<br /> <br /> # '''Subjektive Analyse:''' In einem Blindtest beurteilen sowohl Laien als auch Projektteilnehmende die Oberflächenqualität der Druckteile hinsichtlich Gleichmäßigkeit, Schichtlinien und Haptik.<br /> # '''Objektive Analyse:''' Mittels Messmitteln (z. B. Bügelmessschraube) werden Maßhaltigkeit, Detailtreue sowie eventuelle Verzüge dokumentiert und gegenübergestellt.<br /> <br /> Als zusätzlicher Untersuchungsaspekt wird bei Bedarf der Einfluss unterschiedlicher Düsendicken auf die Oberflächenqualität und Druckgeschwindigkeit geprüft. Hierzu wird das Testobjekt mit unterschiedlichen Düsendicken gedruckt um zu prüfen, ob eine Steigerung der Druckgeschwindigkeit ohne Einbußen bei der Oberflächengüte möglich ist.<br /> <br /> ===Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse (Maximilian Wimmer)===<br /> In diesem Arbeitspaket wird die mechanische Belastbarkeit von 3D-gedruckten Bauteilen einer Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die Eigenschaften unbehandelter Teile als auch ihr Verhalten unter Einflüssen wie Wasser, Temperatur und Chemikalien betrachtet.<br /> <br /> Zunächst erfolgen Laborversuche wie Zug- und Schlagbiegeprüfungen, um die Ergebnisse mit den Herstellerangaben zu vergleichen und Referenzwerte für spätere Tests zu gewinnen. Anschließend wird die Wasseraufnahme experimentell bestimmt, inklusive der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften und mögliche optische oder geometrische Veränderungen.<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit wird über Wärmeformbeständigkeitsprüfungen sowie durch wiederholtes Erhitzen und Abkühlen getestet. In Kombination mit einem heißen Wasserbad, solle es realistische Bedingungen simulieren.<br /> <br /> Zudem wird die Beständigkeit gegenüber Chemikalien wie Reinigungs- und Entkalkungsmitteln untersucht, indem Bauteile über längere Zeit in entsprechenden Lösungen gelagert und anschließend analysiert werden.<br /> <br /> == Zielvereinbarung ==<br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets &quot;''Lasergravieren von (PET-) Folien zur Druckplattenbeschichtung''&quot; ist es, eine klare Dokumentation über alle relevanten Möglichkeiten und Parameter der Lasergravur von mit PET-Folien beschichteten Druckplatten sowie der direkten Laserbearbeitung von 3D-gedruckten Bauteilen zu erstellen. Die Ergebnisse sollen klar nachvollziehbar und reproduzierbar sein. <br /> <br /> Zielsetzung des Arbeitspakets „''Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit''“ ist die genaue Analyse der Festigkeitseigenschaften des Kunststoffs GreenTec Pro im Vergleich zu den vom Hersteller angegebenen Werten. Ebenso sollen die Veränderungen der Materialeigenschaften unter typischen Einsatzbedingungen einer Kaffeemaschine, Einwirkung von Wasser, Temperatur und Chemikalien, untersucht werden. <br /> <br /> Die Zielsetzung des Arbeitspakets „''Vergleich der Oberflächenqualität bei unterschiedlichen FDM-3D-Druckern''“ liegt in der systematischen Untersuchung des Einflusses verschiedener FDM-Drucker, Slicer-Software und Düsen auf die Maßhaltigkeit, Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit von 3D-gedruckten Bauteilen. Dazu wird ein standardisiertes Testmodell entwickelt. Die Ergebnisse werden sowohl subjektiv (z. B. durch Blindtests) als auch objektiv (z. B. Maßanalyse, Verzugsmessung) bewertet. Ziel ist es, verlässliche Aussagen über den Zusammenhang zwischen Drucktechnik und Bauteilqualität zu treffen und diese in die Gesamtbewertung des Projekts einzubinden.<br /> <br /> == Besprechungsprotokolle ==<br /> [[FDM-Druck Startgespräch 27.03.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 25.04.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 09.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 23.05.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 06.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 20.06.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Rücksprache 04.07.2025]]&lt;br&gt;<br /> [[FDM-Druck Abschlusspräsentation 25.07.2025]]<br /> <br /> == Arbeitspakete ==<br /> === Status ===<br /> 10 - Erfasst&lt;br&gt;<br /> 30 - in Bearbeitung&lt;br&gt;<br /> 50 - Lösung definiert&lt;br&gt;<br /> 70 - in Umsetzung&lt;br&gt;<br /> 90 - Umsetzung abgeschlossen&lt;br&gt;<br /> 99 - Abbruch per Beschluss (Dokumentation dazu erforderlich)&lt;br&gt;<br /> 100 - Maßnahme bestätigt&lt;br&gt;<br /> <br /> === ToDo-Liste Oberflächengestaltung und Maßhaltigkeit im FDM 3D-Druck ===<br /> <br /> {| class=&quot;wikitable sortable&quot;<br /> |+ <br /> |-<br /> ! Arbeitspaket !! ToDo !! Wer !! Priorität !! Status !! WV <br /> |-<br /> | 1 || [[Drucker|Einfluss unterschiedlicher FDM-Drucker auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 50 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 2 || [[Slicer|Einfluss unterschiedlicher Slicer-Programme auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 90 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 3 || [[Düsendurchmesser|Einfluss unterschiedlicher Düsendurchmesser auf die Druckqualität]] || Simon Besl || || 70 ||<br /> |-<br /> | 4 || [[Festigkeit|Nachweis der Bauteilfestigkeit und Untersuchung der Einflüsse auf die Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 90 || 06.06.2025<br /> |-<br /> | 4.1 || [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 70 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.2 || [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 70 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 4.3 || [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit]] || Maximilian Wimmer || || 70 || 20.06.2025<br /> |-<br /> | 5 || [[Laserbeschriftung (PET-) Folien und anschließende Druckplattenbeschichtung (Matthias Strohmeier)]] || Matthias Strohmeier || || 70 ||<br /> |-<br /> | 5.1 || [[Laserbeschriftung von Folien bzw. Druckplatten (Matthias Strohmeier)]] || || || 70 || 19.06.2025<br /> |-<br /> | 5.2 || [[Drucken der Bauteile auf zuvor gravierte Druckplatte (&quot;Prägedruck&quot;) (Matthias Strohmeier)]] || || || 70 || 19.06.2025<br /> |}</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Festigkeit&diff=4488 2025-06-20T17:42:51Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Fazit */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> <br /> In diesem Arbeitspaket werden die mechanischen Belastbarkeiten von 3D-Druck Teilen für eine Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die mechanischen Eigenschaften eines unveränderten Bauteils als auch dessen Verhalten unter Einflüssen wie ''Wasser'', ''Temperatur'' oder ''Chemikalien'' betrachtet.<br /> <br /> Das Ziel dieses Themas ist es, eine realitätsbezogene Analyse der mechanischen Beständigkeit 3D-gedruckter Bauteile zu erstellen. Die gewonnen Erkenntnisse können zur Materialspezifizierung oder Optimierung der Konstruktion führen.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau ==<br /> <br /> === Ausgangspunkt: Unbehandelte Proben ===<br /> <br /> Nach dem Drucken werden Laborversuche an der Zugprüfmaschine und der Schlagbiegeprüfmaschine an unbehandelten Bauteilen getestet, um diese mit den Werten des Herstellers zu vergleichen, hier ist anzumerken, dass in den Datenblättern von GreenTEC-Pro die Prüfungen mit Spritzgussteilen und nicht 3D-Druckteilen durchgeführt wurden. Ebenso dienen diese Proben als Referenz für spätere Prüfungen mit Einflüssen.<br /> <br /> === Einflussfaktoren ===<br /> <br /> Anschließend werden die gleichen Versuche an Bauteilen mit Einflüssen, in diesem Fall ''Wasser'' in [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.1]], ''Temperatur'' in [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.2]] und ''Chemikalien'' in [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.3]] durchgeführt und anschließend dokumentiert und analysiert.<br /> <br /> '''Einfluss von Wasser'''<br /> <br /> Der erste untersuchte Umwelteinfluss ist die Wirkung von Wasser. Hierbei wird experimentell was das Aussetzen von Wasser auf ein Bauteil über einen vorgeschriebenen Zeitraum für Wirkungen hat und wie sie dies auf seine mechanischen Eigenschaften auswirkt. Es wird ebenso überprüft, ob es zu geometrischen/optischen Veränderungen kommt.<br /> <br /> '''Einfluss von Temperatur'''<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit spielt in einer Kaffeemaschine eine zentrale Rolle, hierbei werden folgende Punkte genauer betrachtet. Zuerst wird getestet, ob eine wiederholtes Erhitzen und abkühlen sich auf die Stabilität des Werkstoffes ausübt. Ebenso wird untersuchte wie sich die Festigkeit des Werkstoffes verhält einer definierten Temperaturen. Falls möglich werden die Temperaturbeständigkeit und Wasseraufnahme zusammen getestet, beispielsweise durch ein heißes Wasserbad, um eine realistisches Bild des Bauteilverhaltens in der Kaffeemaschine zu kriegen.<br /> <br /> '''Einfluss von Chemikalien'''<br /> <br /> Ein weiterer relevanter Einflussfaktor sind Chemikalien. Insbesondere Reinigungs- und Entkalkungschemikalien, die bei Kaffeemaschinen periodisch zum Einsatz kommen werden in Bezug auf Wirkung auf den Kunststoff untersucht. Hierfür wird das Bauteil über einen längeren Zeitraum in eine Lösung aus Wasser und Reinigungsmitteln gelegt. Anschließend wird es auf geometrische/optische Veränderungen überprüft. Zuletzt wird die Festigkeit analysiert, um mögliche Materialschäden oder Beeinträchtigungen der Festigkeit festzustellen.<br /> <br /> == Projektfortschritt ==<br /> <br /> In den ersten Wochen wurde intensive Recherche betrieben. Zuerst wurde das Material GreenTEC-Pro genauer untersucht. Hierfür standen einige Datenblätter zu Verfügung, die einen guten Einblick in die verschiedenen Eigenschaften des Materials geben. <br /> <br /> === Auswahl der Festigkeitsprüfverfahren ===<br /> <br /> Auch die geplanten Festigkeitsprüfungen wurden genauer betrachtet, insbesondere in den Punkten Durchführung und Grund ihrer Auswahl.<br /> <br /> '''Zugversuch''': zur Bestimmung von Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul <br /> <br /> '''Schlagbiegeversuch''': zur Bewertung von Schlagzähigkeit unter plötzlicher Belastung<br /> <br /> === Vermutungen in Bezug auf Einflüsse ===<br /> <br /> Eine Recherche der Einflüsse bei ähnlichen Kunststoffen wie PETG, lässt vermuten das die spezifischen Einflüsse folgende Resultate bringen werden:<br /> <br /> '''Wasseraufnahme''': Leichte Reduzierung der Festigkeit und Zähigkeit. GreenTEC-Pro wird als sehr Wasserresistent angeworben, weshalb nur geringe Änderungen zu vermuten sind.<br /> <br /> '''Temperatur''': Je höher die Temperatur steigt, desto stärker nehmen Steifigkeit und Layerhaftung ab. Speziell im Bereich der VICAT-grenze (160°C) ist mit einem deutlichen Verlust an Festigkeit und Formstabilität zu rechnen.<br /> <br /> '''Chemikalien''': Der Werkstoff ist laut Datenblatt insbesondere gegenüber starken Oxidationsmitteln wie Chlor anfällig. Bei der Exposition gegenüber solchen Chemikalien ist mit einer deutlichen Reduktion der Festigkeit sowie mit optischen Veränderungen (z.B. Verfärbungen, Mattierung der Oberfläche) zu rechnen.<br /> <br /> === Druck der ersten Prüfkörper ===<br /> <br /> In dieser Phase wurden erste Prüfkörper für die anstehenden mechanischen Tests vorbereitet (gesliced), um sie anschließend Drucken zu können.<br /> <br /> Die verwendeten Slicing-Parameter für die ersten Bauteile setzen sich aus '''100% Infill mit geradlinigem Füllmuster''', einer '''Layerhöhe von 0,1 mm''' und einer verwendeten '''Düsengröße von 0,4 mm''' bei dem '''Drucker Prusa MK4S''' zusammen. <br /> <br /> Der Fokus zu diesem Zeitpunkt liegt auf reine Materialeigenschaften, Geometrieanpassung folgen ggf. in späteren Schritten.<br /> <br /> Die zu erwartenden Festigkeitswerte orientieren sich an den Herstellerangaben im Datenblatt von GreenTEC-Pro. Aufgrund des verwendeten FDM-Druckverfahrens sowie typischer Abweichungen (z. B. durch Layeraufbau und Inhomogenität) wird mit leicht reduzierten Werten gerechnet, besonders in Bezug auf ''Zugfestigkeit'' und ''Schlagzähigkeit''<br /> <br /> == Erste Laborversuche ==<br /> <br /> === Labor Einweisung und Drucken der Proben ===<br /> <br /> Zu Beginn der ersten Laborwoche erfolgte eine Einweisung in die Laborvorschriften sowie in die Bedienung der Maschinen, mit denen der Festigkeitsnachweis durchgeführt wird. Ebenso wurden die Prüfproben mittels 3D-Druck gefertigt, jeweils sechs Stück für die Zug- und Schlagbiegeprüfung.<br /> <br /> === Zugprüfung ===<br /> <br /> In der darauffolgenden Woche wurden die ersten Versuche durchgeführt. Ziel war es einerseits, die im Datenblatt angegebenen Materialeigenschaften zu verifizieren und andererseits eine Basis für weitere Versuche mit Einflüssen zu schaffen.<br /> <br /> Die sechs Zugprüfungen verliefen ohne große Komplikationen und es kam zu den in [Bild 1] gezeigten Werten. Die eingezeichneten Daten in ein Spannungs-Dehnungsdiagramm finden sich in [Bild 2], sowie eine detaillierte Gegenüberstellung der Daten aus der Laborarbeit und dem Datenblatt in [Tabelle 1].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;180&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Datensatz2.png|Bild 1: Zugversuchdaten der ersten Versuche, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Diagramm.png| Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm des Zugversuchs<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Tabelle 1:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Laborversuch !! Datenblatt !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || 4300 || ↓ ca. 12,3 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || 58 || ↓ ca. 30,2 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || 2,8 || ↓ ca. 27,9 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || 53 || ↓ ca. 39,6 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,5 || 3,4 || ≈ Gleich<br /> |}<br /> <br /> Es lässt sich feststellen, dass die meisten Messwerte im erwarteten Bereich liegen, jedoch etwas schlechter ausfallen als die Angaben im Datenblatt. Dies lässt sich auf mehrere Faktoren zurückführen: Zum einen schwankt die Qualität von 3D-Druckmaterialien und der Druckprozess selbst unterliegt gewissen Ungenauigkeiten. Zum anderen sind die im Datenblatt angegebenen Werte häufig optimistisch und repräsentieren die bestmöglichen Ergebnisse. Außerdem ist erneut zu erwähnen, dass die Datenblattwerte an Spritzgussteilen ermittelt wurden, während die hier repräsentierten Prüfungen mit 3D-gedruckten Bauteilen durchgeführt wurden.<br /> <br /> === Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Anschließend folgte die Schlagbiegeprüfung. Zunächst wurde ein 2 Joule-Hammer verwendet da der kleinstmögliche Hammer, der das Bauteil noch durchschlägt, die besten Werte liefert. Dieser durchschlug nahezu das gesamte Bauteil, lediglich die letzte Schicht blieb intakt. Daher wurde ein stärkerer 5 Joule-Hammer eingesetzt. Doch auch hier konnte die letzte Schicht nicht durchbrochen werden.<br /> Bei genauerer Analyse zeigte sich, dass es sich vermutlich um ein drucktechnisches Problem handelt. Eine alternative Druckmethode könnte dieses Verhalten möglicherweise verhindern. In realen Anwendungen stellt diese zusätzliche Schicht vermutlich keinen Nachteil dar, im Gegenteil, sie könnte stabilisierend wirken. Für standardisierte Festigkeitsprüfungen jedoch ist sie problematisch.<br /> <br /> Bildmaterial zur Schlagbiegeprüfung mit Scharnierbruch, siehe [Bild 3] und [Bild 4].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;150&quot;&gt;<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 1.jpg|Bild 3: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 2.jpg|Bild 4: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Die erarbeiteten Daten [Bild 5] aus dem Schlagbiegeversuch: <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch_Versuch1.png|mini|600px|zentriert| Bild 5: Schlagbiegeversuchdaten V1 der ersten Versuche, unbehandelt]]<br /> <br /> Hier ist ein bemerkenswerter Unterschied zwischen den beiden Messergebnissen zu erkennen, da es statt des erwarteten vollständigen Bruchs zu einem Scharnierbruch kam, vermutlich verursacht durch den Schichtaufbau beim 3D-Druck.<br /> Das Laborergebnis zeigte eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 14,3 kJ/m², während das Datenblatt von GreenTEC-Pro einen Wert von 4 kJ/m² angibt. Damit liegt der gemessene Wert deutlich höher als der Referenzwert, was sich vermutlich durch den unvollständigen Bruch und die damit verbundene zusätzliche Energieaufnahme erklären lässt.<br /> <br /> Es ist eine Wiederholung der Versuche mit veränderter Probenstruktur vorgesehen.<br /> <br /> === Angepasste Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Um die Schlagbiegeprüfung zuverlässiger auf das Bruchverhalten des verwendeten Materials abzustimmen, wurde das Prüfkörperdesign im Slicer gezielt angepasst. Ziel war es, einen vollständigen und sauberen Bruch an der Kerbe zu erzielen, statt eines untypischen Scharnierbruchs durch druckbedingte Verstärkungen in den oberen Schichten.<br /> <br /> Zu diesem Zweck wurden unter anderem folgende Änderungen vorgenommen:<br /> <br /> *Reduzierung der massiven Schicht an Ober-/Unterseite → Schichtdicke erwies sich als entscheidender Faktor für das Auftreten eines Scharnierbruchs<br /> *Bautteil um 180° gedreht → mit neuer Ausrichtung kann eine dickere Grundschicht beibehalten werden, ohne den Bruchverlauf negativ zu beeinflussen<br /> *Reduzierung des Füllgrades auf 70 % → Vermeidung übermäßiger Materialverdichtung und fördert ein Bruchverhalten<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 gesliced.png|mini|Bild 6: Schlagbiegeprobe V2 gesliced]]<br /> <br /> Die genauen Unterschiede finden sich hier:<br /> <br /> Tabelle 2:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Vorher !! Nachher<br /> |-<br /> | Ausrichtung der Probe || Kerbe nach oben || Kerbe nach unten<br /> |-<br /> | Top Layer Schichten || 8 Schichten || 1 Schicht<br /> |-<br /> | Top Layer Schalenstärke || 0,7 mm || 0,2 mm<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schichten || 7 Schichten || 2 Schichten<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schalenstärke || 0,4 mm || 0,5 mm<br /> |-<br /> | Perimeter || 0,3 mm || 0,1 mm<br /> |-<br /> | Infill || 100% || 70%<br /> |}<br /> <br /> == Zweiter Laborversuch ==<br /> <br /> === Erweiterung der Zugprüfung auf Z-Richtungsbelastung ===<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Hochkannt gesliced 33.png|mini|100px|rechts| Bild 7: Zugprobe Hochkannt gedruckt, gesliced]]<br /> <br /> In realen Anwendungen wirken mechanische Kräfte nie nur aus einer einzigen Richtung. Es treten meist Belastungen verteilt und gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen auf, wobei sie oft stark in bestimmte und vergleichsweise eher schwach in andere resultieren. Die bislang durchgeführten Zugversuche beschränkten sich auf flach gedruckte Proben, bei denen die Last hauptsächlich in der X- und Y-Richtung aufgenommen wird.<br /> <br /> Im weiteren Projektverlauf wurde daher beschlossen, zusätzlich auch hochkant (in Z-Richtung) gedruckte Zugproben [Bild 7] herzustellen und zu prüfen. Diese sollen gezielt die Schichtanhaftung sowie die mechanische Festigkeit in Z-Richtung untersuchen, da diese Richtung im 3D-Druckverfahren häufig eine Schwachstelle darstellt. Durch die Kombination beider Prüfrichtungen (XY und Z) entsteht ein ganzheitlicheres Bild der Materialeigenschaften unter realitätsnahen Belastungsbilder.<br /> <br /> === Versuchsergebnisse ===<br /> <br /> Nach dem ersten Versuch wurde deutlich, dass die Messergebnisse in ihrer aktuellen Form nur eingeschränkt aussagekräftig sind. Die Prüfteile versagten aufgrund der schwachen Schichthaftung in Z-Richtung sehr plötzlich, wodurch die Traverse der Zugprüfmaschine nicht weit genug fahren konnte um die Festigkeitsdaten des Bauteils zu erfassen. Aus diesem Grund wurde die nominelle Bruchdehnung (auch technische Bruchdehnung) ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt;, in die Datenerfassung aufgenommen. Sie ist zwar nicht so präzise wie die tatsächliche Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt;, da sie logarithmisch aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm errechnet wird, liefert aber eine gute Orientierung bezüglich des Dehnungsbereichs und reicht aus, um Vergleiche zwischen den Probenserien zu ermöglichen. Bei dem Vergleich der beiden Spannungs-Dehnungsdiagramme aus [Bild 2] und [Bild 9] ist dieser Unterschied ebenfalls eindeutig zu erkennen. Bei den Bauteilen die Hochkant gedruckt wurden, ist weder Spannung noch Dehnung ansatzweise so stark ausgeprägt wie bei den Flachgedruckten Bauteilen.<br /> <br /> Dies zeigt sich auch an der sehr niedrigen Bruchdehnung von lediglich 0,7 % bis 1,4 %, was auf ein ausgeprägt sprödes Versagensverhalten hinweist. Trotz dieser Einschränkungen sind die vorhandenen Ergebnisse keinesfalls wertlos, denn sie liefern eine grundlegende Referenz für spätere Versuche unter Einfluss von Umweltfaktoren und können als Vergleichsbasis zur qualitativen Bewertung herangezogen werden.<br /> <br /> Auffällig ist, dass die letzte Probe deutliche Abweichungen im Vergleich zu den ersten beiden aufweist. Diese Probe wurde mit einem neuen Filament gefertigt, wodurch geringe Unterschiede entstehen können. Wahrscheinlicher ist jedoch, dass die Daten sich unterscheiden weil ein Knoten im Filament vorlag, was die Druckqualität einzelner Bauteile negativ beeinflusst hat. Während sich dies bei den Zugproben kaum bemerkbar machte, war der Effekt bei einigen Schlagbiegeproben deutlich sichtbar, was sich auch in den späteren Prüfergebnissen widerspiegelt.<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Schlagbiegeversuch Versuch1 Z.png|Bild 8: Zugprüfungsergebnisse Z-Richtung, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche hochkannt diagramm.png|Bild 9: Spannungs-Dehnungsdiagramm für Zugprüfung Z-Richtung, unbehandelt <br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> == Wiederholung Schlagbiegeversuch ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau und Hintergrund ===<br /> <br /> Für die Wiederholung des Schlagbiegeversuchs wurde erneut ein Pendel mit einem 5 Joule-Hammer verwendet. Im Vergleich zum ersten Versuch kamen diesmal angepasste Proben zum Einsatz, die gezielt so konstruiert wurden, dass sie leichter versagen sollten. Ziel war es, den zuvor beobachteten Scharnierbruch zu vermeiden und stattdessen einen vollständigen Werkstoffbruch zu erreichen.<br /> <br /> Trotz dieser Anpassung trat jedoch erneut ein Scharnierbruch auf. Dies bestätigt die Annahme, dass sich 3D-gedruckte Bauteile, insbesondere im FDM-Verfahren, nur eingeschränkt für klassische Schlagbiegeversuche eignen. Der werkstofftypische Faseraufbau sorgt trotz des eher spröden GreenTEC-Pro Materials für eine erhöhte Elastizität und verhindert somit eine vollständige Trennung der Probe unter Schlagbelastung.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 10: Schlagbiegeversuchdaten V2, unbehandelt]]<br /> <br /> === Ergebnisse ===<br /> <br /> Die angepasste Schlagbiegeprobe hat im Vergleich zum ersten Versuch deutlich bessere Ergebnisse geliefert und nähert sich den im Datenblatt angegebenen Werten für die Kerbschlagzähigkeit an. Während im Datenblatt ein Wert von etwa 4 kJ/m² genannt wird, konnte im zweiten Versuch eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 9,95 kJ/m² [Bild 10] erreicht werden. Dies zeigt, dass die Modifikationen am Probenkörper eine Verbesserung bewirkt haben. Dennoch wurde der gewünschte vollständige Bruch erneut nicht erreicht – stattdessen trat wieder ein Scharnierbruch auf, was die typischen Schwächen von 3D-gedruckten Proben bei dieser Prüfart bestätigt.<br /> <br /> Trotz der Einschränkungen liefert der Versuch wichtige Erkenntnisse über die Energieaufnahme und das Verhalten der Proben unter schlagartiger Belastung. Die gewonnenen Daten sind aussagekräftig genug, um als Vergleichsbasis für die weiteren Versuchsreihen mit äußeren Einflüssen wie Wasser oder Chemikalien verwendet zu werden.<br /> <br /> == Fazit ==<br /> <br /> Die Versuche bestätigen insgesamt die Datenblatt-Tendenzen, zeigen jedoch eine Tendenz ins negative:<br /> <br /> Im '''Zugversuch (XY-Richtung)''' liegen die gemessenen Kennwerte etwa 10 – 40 % unter den Datenblattangaben für Spritzgussteile, was sich auf die abweichende Fertigungs­technik, optimistisch ausgewählten Werten und einer variierenden Druckerqualität zurückführen lässt.<br /> <br /> Im '''Zugversuch (Z-Richtung)''' fallen die Kennwerte erwartungsgemäß weit ab und unterstreichen, dass Orientierungs­wahl oder eine nachträgliche Verfestigung nötig sind, wenn Zuglasten quer zur Schicht auftreten.<br /> <br /> Beim '''Schlagbiegeversuch''', liegt die ermittelte Kerbschlagzähigkeit zwar in einem akzeptablen Bereich, aber es fällt auf, dass FDM-gedruckte Proben für klassische Pendelschlag­verfahren nur bedingt geeignet sind. Der aus dem Schichtenaufbau resultierende Scharnierbruch verhindert einen sauberen, vollständig trennenden Bruch. Trotzdem liefern die Ergebnisse eine gute Vergleichsgrundlage, für spätere Bauteile mit Einflüssen.<br /> <br /> Diese Referenzwerte bilden die Grundlage, um in den folgenden Abschnitten die Einflüsse von Wasser, Temperatur und Chemikalien direkt mit den Ausgangsdaten zu vergleichen und zu bewerten.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Festigkeit&diff=4487 2025-06-20T17:39:37Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Fazit */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> <br /> In diesem Arbeitspaket werden die mechanischen Belastbarkeiten von 3D-Druck Teilen für eine Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die mechanischen Eigenschaften eines unveränderten Bauteils als auch dessen Verhalten unter Einflüssen wie ''Wasser'', ''Temperatur'' oder ''Chemikalien'' betrachtet.<br /> <br /> Das Ziel dieses Themas ist es, eine realitätsbezogene Analyse der mechanischen Beständigkeit 3D-gedruckter Bauteile zu erstellen. Die gewonnen Erkenntnisse können zur Materialspezifizierung oder Optimierung der Konstruktion führen.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau ==<br /> <br /> === Ausgangspunkt: Unbehandelte Proben ===<br /> <br /> Nach dem Drucken werden Laborversuche an der Zugprüfmaschine und der Schlagbiegeprüfmaschine an unbehandelten Bauteilen getestet, um diese mit den Werten des Herstellers zu vergleichen, hier ist anzumerken, dass in den Datenblättern von GreenTEC-Pro die Prüfungen mit Spritzgussteilen und nicht 3D-Druckteilen durchgeführt wurden. Ebenso dienen diese Proben als Referenz für spätere Prüfungen mit Einflüssen.<br /> <br /> === Einflussfaktoren ===<br /> <br /> Anschließend werden die gleichen Versuche an Bauteilen mit Einflüssen, in diesem Fall ''Wasser'' in [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.1]], ''Temperatur'' in [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.2]] und ''Chemikalien'' in [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.3]] durchgeführt und anschließend dokumentiert und analysiert.<br /> <br /> '''Einfluss von Wasser'''<br /> <br /> Der erste untersuchte Umwelteinfluss ist die Wirkung von Wasser. Hierbei wird experimentell was das Aussetzen von Wasser auf ein Bauteil über einen vorgeschriebenen Zeitraum für Wirkungen hat und wie sie dies auf seine mechanischen Eigenschaften auswirkt. Es wird ebenso überprüft, ob es zu geometrischen/optischen Veränderungen kommt.<br /> <br /> '''Einfluss von Temperatur'''<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit spielt in einer Kaffeemaschine eine zentrale Rolle, hierbei werden folgende Punkte genauer betrachtet. Zuerst wird getestet, ob eine wiederholtes Erhitzen und abkühlen sich auf die Stabilität des Werkstoffes ausübt. Ebenso wird untersuchte wie sich die Festigkeit des Werkstoffes verhält einer definierten Temperaturen. Falls möglich werden die Temperaturbeständigkeit und Wasseraufnahme zusammen getestet, beispielsweise durch ein heißes Wasserbad, um eine realistisches Bild des Bauteilverhaltens in der Kaffeemaschine zu kriegen.<br /> <br /> '''Einfluss von Chemikalien'''<br /> <br /> Ein weiterer relevanter Einflussfaktor sind Chemikalien. Insbesondere Reinigungs- und Entkalkungschemikalien, die bei Kaffeemaschinen periodisch zum Einsatz kommen werden in Bezug auf Wirkung auf den Kunststoff untersucht. Hierfür wird das Bauteil über einen längeren Zeitraum in eine Lösung aus Wasser und Reinigungsmitteln gelegt. Anschließend wird es auf geometrische/optische Veränderungen überprüft. Zuletzt wird die Festigkeit analysiert, um mögliche Materialschäden oder Beeinträchtigungen der Festigkeit festzustellen.<br /> <br /> == Projektfortschritt ==<br /> <br /> In den ersten Wochen wurde intensive Recherche betrieben. Zuerst wurde das Material GreenTEC-Pro genauer untersucht. Hierfür standen einige Datenblätter zu Verfügung, die einen guten Einblick in die verschiedenen Eigenschaften des Materials geben. <br /> <br /> === Auswahl der Festigkeitsprüfverfahren ===<br /> <br /> Auch die geplanten Festigkeitsprüfungen wurden genauer betrachtet, insbesondere in den Punkten Durchführung und Grund ihrer Auswahl.<br /> <br /> '''Zugversuch''': zur Bestimmung von Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul <br /> <br /> '''Schlagbiegeversuch''': zur Bewertung von Schlagzähigkeit unter plötzlicher Belastung<br /> <br /> === Vermutungen in Bezug auf Einflüsse ===<br /> <br /> Eine Recherche der Einflüsse bei ähnlichen Kunststoffen wie PETG, lässt vermuten das die spezifischen Einflüsse folgende Resultate bringen werden:<br /> <br /> '''Wasseraufnahme''': Leichte Reduzierung der Festigkeit und Zähigkeit. GreenTEC-Pro wird als sehr Wasserresistent angeworben, weshalb nur geringe Änderungen zu vermuten sind.<br /> <br /> '''Temperatur''': Je höher die Temperatur steigt, desto stärker nehmen Steifigkeit und Layerhaftung ab. Speziell im Bereich der VICAT-grenze (160°C) ist mit einem deutlichen Verlust an Festigkeit und Formstabilität zu rechnen.<br /> <br /> '''Chemikalien''': Der Werkstoff ist laut Datenblatt insbesondere gegenüber starken Oxidationsmitteln wie Chlor anfällig. Bei der Exposition gegenüber solchen Chemikalien ist mit einer deutlichen Reduktion der Festigkeit sowie mit optischen Veränderungen (z.B. Verfärbungen, Mattierung der Oberfläche) zu rechnen.<br /> <br /> === Druck der ersten Prüfkörper ===<br /> <br /> In dieser Phase wurden erste Prüfkörper für die anstehenden mechanischen Tests vorbereitet (gesliced), um sie anschließend Drucken zu können.<br /> <br /> Die verwendeten Slicing-Parameter für die ersten Bauteile setzen sich aus '''100% Infill mit geradlinigem Füllmuster''', einer '''Layerhöhe von 0,1 mm''' und einer verwendeten '''Düsengröße von 0,4 mm''' bei dem '''Drucker Prusa MK4S''' zusammen. <br /> <br /> Der Fokus zu diesem Zeitpunkt liegt auf reine Materialeigenschaften, Geometrieanpassung folgen ggf. in späteren Schritten.<br /> <br /> Die zu erwartenden Festigkeitswerte orientieren sich an den Herstellerangaben im Datenblatt von GreenTEC-Pro. Aufgrund des verwendeten FDM-Druckverfahrens sowie typischer Abweichungen (z. B. durch Layeraufbau und Inhomogenität) wird mit leicht reduzierten Werten gerechnet, besonders in Bezug auf ''Zugfestigkeit'' und ''Schlagzähigkeit''<br /> <br /> == Erste Laborversuche ==<br /> <br /> === Labor Einweisung und Drucken der Proben ===<br /> <br /> Zu Beginn der ersten Laborwoche erfolgte eine Einweisung in die Laborvorschriften sowie in die Bedienung der Maschinen, mit denen der Festigkeitsnachweis durchgeführt wird. Ebenso wurden die Prüfproben mittels 3D-Druck gefertigt, jeweils sechs Stück für die Zug- und Schlagbiegeprüfung.<br /> <br /> === Zugprüfung ===<br /> <br /> In der darauffolgenden Woche wurden die ersten Versuche durchgeführt. Ziel war es einerseits, die im Datenblatt angegebenen Materialeigenschaften zu verifizieren und andererseits eine Basis für weitere Versuche mit Einflüssen zu schaffen.<br /> <br /> Die sechs Zugprüfungen verliefen ohne große Komplikationen und es kam zu den in [Bild 1] gezeigten Werten. Die eingezeichneten Daten in ein Spannungs-Dehnungsdiagramm finden sich in [Bild 2], sowie eine detaillierte Gegenüberstellung der Daten aus der Laborarbeit und dem Datenblatt in [Tabelle 1].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;180&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Datensatz2.png|Bild 1: Zugversuchdaten der ersten Versuche, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Diagramm.png| Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm des Zugversuchs<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Tabelle 1:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Laborversuch !! Datenblatt !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || 4300 || ↓ ca. 12,3 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || 58 || ↓ ca. 30,2 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || 2,8 || ↓ ca. 27,9 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || 53 || ↓ ca. 39,6 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,5 || 3,4 || ≈ Gleich<br /> |}<br /> <br /> Es lässt sich feststellen, dass die meisten Messwerte im erwarteten Bereich liegen, jedoch etwas schlechter ausfallen als die Angaben im Datenblatt. Dies lässt sich auf mehrere Faktoren zurückführen: Zum einen schwankt die Qualität von 3D-Druckmaterialien und der Druckprozess selbst unterliegt gewissen Ungenauigkeiten. Zum anderen sind die im Datenblatt angegebenen Werte häufig optimistisch und repräsentieren die bestmöglichen Ergebnisse. Außerdem ist erneut zu erwähnen, dass die Datenblattwerte an Spritzgussteilen ermittelt wurden, während die hier repräsentierten Prüfungen mit 3D-gedruckten Bauteilen durchgeführt wurden.<br /> <br /> === Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Anschließend folgte die Schlagbiegeprüfung. Zunächst wurde ein 2 Joule-Hammer verwendet da der kleinstmögliche Hammer, der das Bauteil noch durchschlägt, die besten Werte liefert. Dieser durchschlug nahezu das gesamte Bauteil, lediglich die letzte Schicht blieb intakt. Daher wurde ein stärkerer 5 Joule-Hammer eingesetzt. Doch auch hier konnte die letzte Schicht nicht durchbrochen werden.<br /> Bei genauerer Analyse zeigte sich, dass es sich vermutlich um ein drucktechnisches Problem handelt. Eine alternative Druckmethode könnte dieses Verhalten möglicherweise verhindern. In realen Anwendungen stellt diese zusätzliche Schicht vermutlich keinen Nachteil dar, im Gegenteil, sie könnte stabilisierend wirken. Für standardisierte Festigkeitsprüfungen jedoch ist sie problematisch.<br /> <br /> Bildmaterial zur Schlagbiegeprüfung mit Scharnierbruch, siehe [Bild 3] und [Bild 4].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;150&quot;&gt;<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 1.jpg|Bild 3: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 2.jpg|Bild 4: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Die erarbeiteten Daten [Bild 5] aus dem Schlagbiegeversuch: <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch_Versuch1.png|mini|600px|zentriert| Bild 5: Schlagbiegeversuchdaten V1 der ersten Versuche, unbehandelt]]<br /> <br /> Hier ist ein bemerkenswerter Unterschied zwischen den beiden Messergebnissen zu erkennen, da es statt des erwarteten vollständigen Bruchs zu einem Scharnierbruch kam, vermutlich verursacht durch den Schichtaufbau beim 3D-Druck.<br /> Das Laborergebnis zeigte eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 14,3 kJ/m², während das Datenblatt von GreenTEC-Pro einen Wert von 4 kJ/m² angibt. Damit liegt der gemessene Wert deutlich höher als der Referenzwert, was sich vermutlich durch den unvollständigen Bruch und die damit verbundene zusätzliche Energieaufnahme erklären lässt.<br /> <br /> Es ist eine Wiederholung der Versuche mit veränderter Probenstruktur vorgesehen.<br /> <br /> === Angepasste Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Um die Schlagbiegeprüfung zuverlässiger auf das Bruchverhalten des verwendeten Materials abzustimmen, wurde das Prüfkörperdesign im Slicer gezielt angepasst. Ziel war es, einen vollständigen und sauberen Bruch an der Kerbe zu erzielen, statt eines untypischen Scharnierbruchs durch druckbedingte Verstärkungen in den oberen Schichten.<br /> <br /> Zu diesem Zweck wurden unter anderem folgende Änderungen vorgenommen:<br /> <br /> *Reduzierung der massiven Schicht an Ober-/Unterseite → Schichtdicke erwies sich als entscheidender Faktor für das Auftreten eines Scharnierbruchs<br /> *Bautteil um 180° gedreht → mit neuer Ausrichtung kann eine dickere Grundschicht beibehalten werden, ohne den Bruchverlauf negativ zu beeinflussen<br /> *Reduzierung des Füllgrades auf 70 % → Vermeidung übermäßiger Materialverdichtung und fördert ein Bruchverhalten<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 gesliced.png|mini|Bild 6: Schlagbiegeprobe V2 gesliced]]<br /> <br /> Die genauen Unterschiede finden sich hier:<br /> <br /> Tabelle 2:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Vorher !! Nachher<br /> |-<br /> | Ausrichtung der Probe || Kerbe nach oben || Kerbe nach unten<br /> |-<br /> | Top Layer Schichten || 8 Schichten || 1 Schicht<br /> |-<br /> | Top Layer Schalenstärke || 0,7 mm || 0,2 mm<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schichten || 7 Schichten || 2 Schichten<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schalenstärke || 0,4 mm || 0,5 mm<br /> |-<br /> | Perimeter || 0,3 mm || 0,1 mm<br /> |-<br /> | Infill || 100% || 70%<br /> |}<br /> <br /> == Zweiter Laborversuch ==<br /> <br /> === Erweiterung der Zugprüfung auf Z-Richtungsbelastung ===<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Hochkannt gesliced 33.png|mini|100px|rechts| Bild 7: Zugprobe Hochkannt gedruckt, gesliced]]<br /> <br /> In realen Anwendungen wirken mechanische Kräfte nie nur aus einer einzigen Richtung. Es treten meist Belastungen verteilt und gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen auf, wobei sie oft stark in bestimmte und vergleichsweise eher schwach in andere resultieren. Die bislang durchgeführten Zugversuche beschränkten sich auf flach gedruckte Proben, bei denen die Last hauptsächlich in der X- und Y-Richtung aufgenommen wird.<br /> <br /> Im weiteren Projektverlauf wurde daher beschlossen, zusätzlich auch hochkant (in Z-Richtung) gedruckte Zugproben [Bild 7] herzustellen und zu prüfen. Diese sollen gezielt die Schichtanhaftung sowie die mechanische Festigkeit in Z-Richtung untersuchen, da diese Richtung im 3D-Druckverfahren häufig eine Schwachstelle darstellt. Durch die Kombination beider Prüfrichtungen (XY und Z) entsteht ein ganzheitlicheres Bild der Materialeigenschaften unter realitätsnahen Belastungsbilder.<br /> <br /> === Versuchsergebnisse ===<br /> <br /> Nach dem ersten Versuch wurde deutlich, dass die Messergebnisse in ihrer aktuellen Form nur eingeschränkt aussagekräftig sind. Die Prüfteile versagten aufgrund der schwachen Schichthaftung in Z-Richtung sehr plötzlich, wodurch die Traverse der Zugprüfmaschine nicht weit genug fahren konnte um die Festigkeitsdaten des Bauteils zu erfassen. Aus diesem Grund wurde die nominelle Bruchdehnung (auch technische Bruchdehnung) ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt;, in die Datenerfassung aufgenommen. Sie ist zwar nicht so präzise wie die tatsächliche Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt;, da sie logarithmisch aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm errechnet wird, liefert aber eine gute Orientierung bezüglich des Dehnungsbereichs und reicht aus, um Vergleiche zwischen den Probenserien zu ermöglichen. Bei dem Vergleich der beiden Spannungs-Dehnungsdiagramme aus [Bild 2] und [Bild 9] ist dieser Unterschied ebenfalls eindeutig zu erkennen. Bei den Bauteilen die Hochkant gedruckt wurden, ist weder Spannung noch Dehnung ansatzweise so stark ausgeprägt wie bei den Flachgedruckten Bauteilen.<br /> <br /> Dies zeigt sich auch an der sehr niedrigen Bruchdehnung von lediglich 0,7 % bis 1,4 %, was auf ein ausgeprägt sprödes Versagensverhalten hinweist. Trotz dieser Einschränkungen sind die vorhandenen Ergebnisse keinesfalls wertlos, denn sie liefern eine grundlegende Referenz für spätere Versuche unter Einfluss von Umweltfaktoren und können als Vergleichsbasis zur qualitativen Bewertung herangezogen werden.<br /> <br /> Auffällig ist, dass die letzte Probe deutliche Abweichungen im Vergleich zu den ersten beiden aufweist. Diese Probe wurde mit einem neuen Filament gefertigt, wodurch geringe Unterschiede entstehen können. Wahrscheinlicher ist jedoch, dass die Daten sich unterscheiden weil ein Knoten im Filament vorlag, was die Druckqualität einzelner Bauteile negativ beeinflusst hat. Während sich dies bei den Zugproben kaum bemerkbar machte, war der Effekt bei einigen Schlagbiegeproben deutlich sichtbar, was sich auch in den späteren Prüfergebnissen widerspiegelt.<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Schlagbiegeversuch Versuch1 Z.png|Bild 8: Zugprüfungsergebnisse Z-Richtung, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche hochkannt diagramm.png|Bild 9: Spannungs-Dehnungsdiagramm für Zugprüfung Z-Richtung, unbehandelt <br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> == Wiederholung Schlagbiegeversuch ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau und Hintergrund ===<br /> <br /> Für die Wiederholung des Schlagbiegeversuchs wurde erneut ein Pendel mit einem 5 Joule-Hammer verwendet. Im Vergleich zum ersten Versuch kamen diesmal angepasste Proben zum Einsatz, die gezielt so konstruiert wurden, dass sie leichter versagen sollten. Ziel war es, den zuvor beobachteten Scharnierbruch zu vermeiden und stattdessen einen vollständigen Werkstoffbruch zu erreichen.<br /> <br /> Trotz dieser Anpassung trat jedoch erneut ein Scharnierbruch auf. Dies bestätigt die Annahme, dass sich 3D-gedruckte Bauteile, insbesondere im FDM-Verfahren, nur eingeschränkt für klassische Schlagbiegeversuche eignen. Der werkstofftypische Faseraufbau sorgt trotz des eher spröden GreenTEC-Pro Materials für eine erhöhte Elastizität und verhindert somit eine vollständige Trennung der Probe unter Schlagbelastung.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 10: Schlagbiegeversuchdaten V2, unbehandelt]]<br /> <br /> === Ergebnisse ===<br /> <br /> Die angepasste Schlagbiegeprobe hat im Vergleich zum ersten Versuch deutlich bessere Ergebnisse geliefert und nähert sich den im Datenblatt angegebenen Werten für die Kerbschlagzähigkeit an. Während im Datenblatt ein Wert von etwa 4 kJ/m² genannt wird, konnte im zweiten Versuch eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 9,95 kJ/m² [Bild 10] erreicht werden. Dies zeigt, dass die Modifikationen am Probenkörper eine Verbesserung bewirkt haben. Dennoch wurde der gewünschte vollständige Bruch erneut nicht erreicht – stattdessen trat wieder ein Scharnierbruch auf, was die typischen Schwächen von 3D-gedruckten Proben bei dieser Prüfart bestätigt.<br /> <br /> Trotz der Einschränkungen liefert der Versuch wichtige Erkenntnisse über die Energieaufnahme und das Verhalten der Proben unter schlagartiger Belastung. Die gewonnenen Daten sind aussagekräftig genug, um als Vergleichsbasis für die weiteren Versuchsreihen mit äußeren Einflüssen wie Wasser oder Chemikalien verwendet zu werden.<br /> <br /> == Fazit ==<br /> <br /> Die Versuche bestätigen insgesamt die Datenblatt-Tendenzen, zeigen jedoch eine Tendenz ins negative:<br /> <br /> Im '''Zugversuch (XY-Richtung)''' liegen die mechanischen Werte rund 10-40% unter den des Datenblattes mit Spritzgussteilen, ein Unterschied, der sich mit Porosität, Layerhaftung und Prozess­schwankungen erklären lässt.<br /> <br /> Im '''Zugversuch (Z-Richtung)''' fallen die Kennwerte erwartungsgemäß weit ab und unterstreichen, dass Orientierungs­wahl oder eine nachträgliche Verfestigung nötig sind, wenn Zuglasten quer zur Schicht auftreten.<br /> <br /> Beim '''Schlagbiegeversuch''', liegt die ermittelte Kerbschlagzähigkeit zwar in einem akzeptablen Bereich, aber es fällt auf, dass FDM-gedruckte Proben für klassische Pendelschlag­verfahren nur bedingt geeignet sind. Der aus dem Schichtenaufbau resultierende Scharnierbruch verhindert einen sauberen, vollständig trennenden Bruch. Trotzdem liefern die Ergebnisse eine gute Vergleichsgrundlage, für spätere Bauteile mit Einflüssen.<br /> <br /> Diese Referenzwerte bilden die Grundlage, um in den folgenden Abschnitten die Einflüsse von Wasser, Temperatur und Chemikalien direkt mit den Ausgangsdaten zu vergleichen und zu bewerten.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Festigkeit&diff=4486 2025-06-20T17:38:48Z

<p>Maximilian Wimmer: </p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> <br /> In diesem Arbeitspaket werden die mechanischen Belastbarkeiten von 3D-Druck Teilen für eine Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die mechanischen Eigenschaften eines unveränderten Bauteils als auch dessen Verhalten unter Einflüssen wie ''Wasser'', ''Temperatur'' oder ''Chemikalien'' betrachtet.<br /> <br /> Das Ziel dieses Themas ist es, eine realitätsbezogene Analyse der mechanischen Beständigkeit 3D-gedruckter Bauteile zu erstellen. Die gewonnen Erkenntnisse können zur Materialspezifizierung oder Optimierung der Konstruktion führen.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau ==<br /> <br /> === Ausgangspunkt: Unbehandelte Proben ===<br /> <br /> Nach dem Drucken werden Laborversuche an der Zugprüfmaschine und der Schlagbiegeprüfmaschine an unbehandelten Bauteilen getestet, um diese mit den Werten des Herstellers zu vergleichen, hier ist anzumerken, dass in den Datenblättern von GreenTEC-Pro die Prüfungen mit Spritzgussteilen und nicht 3D-Druckteilen durchgeführt wurden. Ebenso dienen diese Proben als Referenz für spätere Prüfungen mit Einflüssen.<br /> <br /> === Einflussfaktoren ===<br /> <br /> Anschließend werden die gleichen Versuche an Bauteilen mit Einflüssen, in diesem Fall ''Wasser'' in [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.1]], ''Temperatur'' in [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.2]] und ''Chemikalien'' in [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.3]] durchgeführt und anschließend dokumentiert und analysiert.<br /> <br /> '''Einfluss von Wasser'''<br /> <br /> Der erste untersuchte Umwelteinfluss ist die Wirkung von Wasser. Hierbei wird experimentell was das Aussetzen von Wasser auf ein Bauteil über einen vorgeschriebenen Zeitraum für Wirkungen hat und wie sie dies auf seine mechanischen Eigenschaften auswirkt. Es wird ebenso überprüft, ob es zu geometrischen/optischen Veränderungen kommt.<br /> <br /> '''Einfluss von Temperatur'''<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit spielt in einer Kaffeemaschine eine zentrale Rolle, hierbei werden folgende Punkte genauer betrachtet. Zuerst wird getestet, ob eine wiederholtes Erhitzen und abkühlen sich auf die Stabilität des Werkstoffes ausübt. Ebenso wird untersuchte wie sich die Festigkeit des Werkstoffes verhält einer definierten Temperaturen. Falls möglich werden die Temperaturbeständigkeit und Wasseraufnahme zusammen getestet, beispielsweise durch ein heißes Wasserbad, um eine realistisches Bild des Bauteilverhaltens in der Kaffeemaschine zu kriegen.<br /> <br /> '''Einfluss von Chemikalien'''<br /> <br /> Ein weiterer relevanter Einflussfaktor sind Chemikalien. Insbesondere Reinigungs- und Entkalkungschemikalien, die bei Kaffeemaschinen periodisch zum Einsatz kommen werden in Bezug auf Wirkung auf den Kunststoff untersucht. Hierfür wird das Bauteil über einen längeren Zeitraum in eine Lösung aus Wasser und Reinigungsmitteln gelegt. Anschließend wird es auf geometrische/optische Veränderungen überprüft. Zuletzt wird die Festigkeit analysiert, um mögliche Materialschäden oder Beeinträchtigungen der Festigkeit festzustellen.<br /> <br /> == Projektfortschritt ==<br /> <br /> In den ersten Wochen wurde intensive Recherche betrieben. Zuerst wurde das Material GreenTEC-Pro genauer untersucht. Hierfür standen einige Datenblätter zu Verfügung, die einen guten Einblick in die verschiedenen Eigenschaften des Materials geben. <br /> <br /> === Auswahl der Festigkeitsprüfverfahren ===<br /> <br /> Auch die geplanten Festigkeitsprüfungen wurden genauer betrachtet, insbesondere in den Punkten Durchführung und Grund ihrer Auswahl.<br /> <br /> '''Zugversuch''': zur Bestimmung von Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul <br /> <br /> '''Schlagbiegeversuch''': zur Bewertung von Schlagzähigkeit unter plötzlicher Belastung<br /> <br /> === Vermutungen in Bezug auf Einflüsse ===<br /> <br /> Eine Recherche der Einflüsse bei ähnlichen Kunststoffen wie PETG, lässt vermuten das die spezifischen Einflüsse folgende Resultate bringen werden:<br /> <br /> '''Wasseraufnahme''': Leichte Reduzierung der Festigkeit und Zähigkeit. GreenTEC-Pro wird als sehr Wasserresistent angeworben, weshalb nur geringe Änderungen zu vermuten sind.<br /> <br /> '''Temperatur''': Je höher die Temperatur steigt, desto stärker nehmen Steifigkeit und Layerhaftung ab. Speziell im Bereich der VICAT-grenze (160°C) ist mit einem deutlichen Verlust an Festigkeit und Formstabilität zu rechnen.<br /> <br /> '''Chemikalien''': Der Werkstoff ist laut Datenblatt insbesondere gegenüber starken Oxidationsmitteln wie Chlor anfällig. Bei der Exposition gegenüber solchen Chemikalien ist mit einer deutlichen Reduktion der Festigkeit sowie mit optischen Veränderungen (z.B. Verfärbungen, Mattierung der Oberfläche) zu rechnen.<br /> <br /> === Druck der ersten Prüfkörper ===<br /> <br /> In dieser Phase wurden erste Prüfkörper für die anstehenden mechanischen Tests vorbereitet (gesliced), um sie anschließend Drucken zu können.<br /> <br /> Die verwendeten Slicing-Parameter für die ersten Bauteile setzen sich aus '''100% Infill mit geradlinigem Füllmuster''', einer '''Layerhöhe von 0,1 mm''' und einer verwendeten '''Düsengröße von 0,4 mm''' bei dem '''Drucker Prusa MK4S''' zusammen. <br /> <br /> Der Fokus zu diesem Zeitpunkt liegt auf reine Materialeigenschaften, Geometrieanpassung folgen ggf. in späteren Schritten.<br /> <br /> Die zu erwartenden Festigkeitswerte orientieren sich an den Herstellerangaben im Datenblatt von GreenTEC-Pro. Aufgrund des verwendeten FDM-Druckverfahrens sowie typischer Abweichungen (z. B. durch Layeraufbau und Inhomogenität) wird mit leicht reduzierten Werten gerechnet, besonders in Bezug auf ''Zugfestigkeit'' und ''Schlagzähigkeit''<br /> <br /> == Erste Laborversuche ==<br /> <br /> === Labor Einweisung und Drucken der Proben ===<br /> <br /> Zu Beginn der ersten Laborwoche erfolgte eine Einweisung in die Laborvorschriften sowie in die Bedienung der Maschinen, mit denen der Festigkeitsnachweis durchgeführt wird. Ebenso wurden die Prüfproben mittels 3D-Druck gefertigt, jeweils sechs Stück für die Zug- und Schlagbiegeprüfung.<br /> <br /> === Zugprüfung ===<br /> <br /> In der darauffolgenden Woche wurden die ersten Versuche durchgeführt. Ziel war es einerseits, die im Datenblatt angegebenen Materialeigenschaften zu verifizieren und andererseits eine Basis für weitere Versuche mit Einflüssen zu schaffen.<br /> <br /> Die sechs Zugprüfungen verliefen ohne große Komplikationen und es kam zu den in [Bild 1] gezeigten Werten. Die eingezeichneten Daten in ein Spannungs-Dehnungsdiagramm finden sich in [Bild 2], sowie eine detaillierte Gegenüberstellung der Daten aus der Laborarbeit und dem Datenblatt in [Tabelle 1].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;180&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Datensatz2.png|Bild 1: Zugversuchdaten der ersten Versuche, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Diagramm.png| Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm des Zugversuchs<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Tabelle 1:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Laborversuch !! Datenblatt !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || 4300 || ↓ ca. 12,3 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || 58 || ↓ ca. 30,2 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || 2,8 || ↓ ca. 27,9 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || 53 || ↓ ca. 39,6 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,5 || 3,4 || ≈ Gleich<br /> |}<br /> <br /> Es lässt sich feststellen, dass die meisten Messwerte im erwarteten Bereich liegen, jedoch etwas schlechter ausfallen als die Angaben im Datenblatt. Dies lässt sich auf mehrere Faktoren zurückführen: Zum einen schwankt die Qualität von 3D-Druckmaterialien und der Druckprozess selbst unterliegt gewissen Ungenauigkeiten. Zum anderen sind die im Datenblatt angegebenen Werte häufig optimistisch und repräsentieren die bestmöglichen Ergebnisse. Außerdem ist erneut zu erwähnen, dass die Datenblattwerte an Spritzgussteilen ermittelt wurden, während die hier repräsentierten Prüfungen mit 3D-gedruckten Bauteilen durchgeführt wurden.<br /> <br /> === Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Anschließend folgte die Schlagbiegeprüfung. Zunächst wurde ein 2 Joule-Hammer verwendet da der kleinstmögliche Hammer, der das Bauteil noch durchschlägt, die besten Werte liefert. Dieser durchschlug nahezu das gesamte Bauteil, lediglich die letzte Schicht blieb intakt. Daher wurde ein stärkerer 5 Joule-Hammer eingesetzt. Doch auch hier konnte die letzte Schicht nicht durchbrochen werden.<br /> Bei genauerer Analyse zeigte sich, dass es sich vermutlich um ein drucktechnisches Problem handelt. Eine alternative Druckmethode könnte dieses Verhalten möglicherweise verhindern. In realen Anwendungen stellt diese zusätzliche Schicht vermutlich keinen Nachteil dar, im Gegenteil, sie könnte stabilisierend wirken. Für standardisierte Festigkeitsprüfungen jedoch ist sie problematisch.<br /> <br /> Bildmaterial zur Schlagbiegeprüfung mit Scharnierbruch, siehe [Bild 3] und [Bild 4].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;150&quot;&gt;<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 1.jpg|Bild 3: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 2.jpg|Bild 4: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Die erarbeiteten Daten [Bild 5] aus dem Schlagbiegeversuch: <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch_Versuch1.png|mini|600px|zentriert| Bild 5: Schlagbiegeversuchdaten V1 der ersten Versuche, unbehandelt]]<br /> <br /> Hier ist ein bemerkenswerter Unterschied zwischen den beiden Messergebnissen zu erkennen, da es statt des erwarteten vollständigen Bruchs zu einem Scharnierbruch kam, vermutlich verursacht durch den Schichtaufbau beim 3D-Druck.<br /> Das Laborergebnis zeigte eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 14,3 kJ/m², während das Datenblatt von GreenTEC-Pro einen Wert von 4 kJ/m² angibt. Damit liegt der gemessene Wert deutlich höher als der Referenzwert, was sich vermutlich durch den unvollständigen Bruch und die damit verbundene zusätzliche Energieaufnahme erklären lässt.<br /> <br /> Es ist eine Wiederholung der Versuche mit veränderter Probenstruktur vorgesehen.<br /> <br /> === Angepasste Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Um die Schlagbiegeprüfung zuverlässiger auf das Bruchverhalten des verwendeten Materials abzustimmen, wurde das Prüfkörperdesign im Slicer gezielt angepasst. Ziel war es, einen vollständigen und sauberen Bruch an der Kerbe zu erzielen, statt eines untypischen Scharnierbruchs durch druckbedingte Verstärkungen in den oberen Schichten.<br /> <br /> Zu diesem Zweck wurden unter anderem folgende Änderungen vorgenommen:<br /> <br /> *Reduzierung der massiven Schicht an Ober-/Unterseite → Schichtdicke erwies sich als entscheidender Faktor für das Auftreten eines Scharnierbruchs<br /> *Bautteil um 180° gedreht → mit neuer Ausrichtung kann eine dickere Grundschicht beibehalten werden, ohne den Bruchverlauf negativ zu beeinflussen<br /> *Reduzierung des Füllgrades auf 70 % → Vermeidung übermäßiger Materialverdichtung und fördert ein Bruchverhalten<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 gesliced.png|mini|Bild 6: Schlagbiegeprobe V2 gesliced]]<br /> <br /> Die genauen Unterschiede finden sich hier:<br /> <br /> Tabelle 2:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Vorher !! Nachher<br /> |-<br /> | Ausrichtung der Probe || Kerbe nach oben || Kerbe nach unten<br /> |-<br /> | Top Layer Schichten || 8 Schichten || 1 Schicht<br /> |-<br /> | Top Layer Schalenstärke || 0,7 mm || 0,2 mm<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schichten || 7 Schichten || 2 Schichten<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schalenstärke || 0,4 mm || 0,5 mm<br /> |-<br /> | Perimeter || 0,3 mm || 0,1 mm<br /> |-<br /> | Infill || 100% || 70%<br /> |}<br /> <br /> == Zweiter Laborversuch ==<br /> <br /> === Erweiterung der Zugprüfung auf Z-Richtungsbelastung ===<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Hochkannt gesliced 33.png|mini|100px|rechts| Bild 7: Zugprobe Hochkannt gedruckt, gesliced]]<br /> <br /> In realen Anwendungen wirken mechanische Kräfte nie nur aus einer einzigen Richtung. Es treten meist Belastungen verteilt und gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen auf, wobei sie oft stark in bestimmte und vergleichsweise eher schwach in andere resultieren. Die bislang durchgeführten Zugversuche beschränkten sich auf flach gedruckte Proben, bei denen die Last hauptsächlich in der X- und Y-Richtung aufgenommen wird.<br /> <br /> Im weiteren Projektverlauf wurde daher beschlossen, zusätzlich auch hochkant (in Z-Richtung) gedruckte Zugproben [Bild 7] herzustellen und zu prüfen. Diese sollen gezielt die Schichtanhaftung sowie die mechanische Festigkeit in Z-Richtung untersuchen, da diese Richtung im 3D-Druckverfahren häufig eine Schwachstelle darstellt. Durch die Kombination beider Prüfrichtungen (XY und Z) entsteht ein ganzheitlicheres Bild der Materialeigenschaften unter realitätsnahen Belastungsbilder.<br /> <br /> === Versuchsergebnisse ===<br /> <br /> Nach dem ersten Versuch wurde deutlich, dass die Messergebnisse in ihrer aktuellen Form nur eingeschränkt aussagekräftig sind. Die Prüfteile versagten aufgrund der schwachen Schichthaftung in Z-Richtung sehr plötzlich, wodurch die Traverse der Zugprüfmaschine nicht weit genug fahren konnte um die Festigkeitsdaten des Bauteils zu erfassen. Aus diesem Grund wurde die nominelle Bruchdehnung (auch technische Bruchdehnung) ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt;, in die Datenerfassung aufgenommen. Sie ist zwar nicht so präzise wie die tatsächliche Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt;, da sie logarithmisch aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm errechnet wird, liefert aber eine gute Orientierung bezüglich des Dehnungsbereichs und reicht aus, um Vergleiche zwischen den Probenserien zu ermöglichen. Bei dem Vergleich der beiden Spannungs-Dehnungsdiagramme aus [Bild 2] und [Bild 9] ist dieser Unterschied ebenfalls eindeutig zu erkennen. Bei den Bauteilen die Hochkant gedruckt wurden, ist weder Spannung noch Dehnung ansatzweise so stark ausgeprägt wie bei den Flachgedruckten Bauteilen.<br /> <br /> Dies zeigt sich auch an der sehr niedrigen Bruchdehnung von lediglich 0,7 % bis 1,4 %, was auf ein ausgeprägt sprödes Versagensverhalten hinweist. Trotz dieser Einschränkungen sind die vorhandenen Ergebnisse keinesfalls wertlos, denn sie liefern eine grundlegende Referenz für spätere Versuche unter Einfluss von Umweltfaktoren und können als Vergleichsbasis zur qualitativen Bewertung herangezogen werden.<br /> <br /> Auffällig ist, dass die letzte Probe deutliche Abweichungen im Vergleich zu den ersten beiden aufweist. Diese Probe wurde mit einem neuen Filament gefertigt, wodurch geringe Unterschiede entstehen können. Wahrscheinlicher ist jedoch, dass die Daten sich unterscheiden weil ein Knoten im Filament vorlag, was die Druckqualität einzelner Bauteile negativ beeinflusst hat. Während sich dies bei den Zugproben kaum bemerkbar machte, war der Effekt bei einigen Schlagbiegeproben deutlich sichtbar, was sich auch in den späteren Prüfergebnissen widerspiegelt.<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Schlagbiegeversuch Versuch1 Z.png|Bild 8: Zugprüfungsergebnisse Z-Richtung, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche hochkannt diagramm.png|Bild 9: Spannungs-Dehnungsdiagramm für Zugprüfung Z-Richtung, unbehandelt <br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> == Wiederholung Schlagbiegeversuch ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau und Hintergrund ===<br /> <br /> Für die Wiederholung des Schlagbiegeversuchs wurde erneut ein Pendel mit einem 5 Joule-Hammer verwendet. Im Vergleich zum ersten Versuch kamen diesmal angepasste Proben zum Einsatz, die gezielt so konstruiert wurden, dass sie leichter versagen sollten. Ziel war es, den zuvor beobachteten Scharnierbruch zu vermeiden und stattdessen einen vollständigen Werkstoffbruch zu erreichen.<br /> <br /> Trotz dieser Anpassung trat jedoch erneut ein Scharnierbruch auf. Dies bestätigt die Annahme, dass sich 3D-gedruckte Bauteile, insbesondere im FDM-Verfahren, nur eingeschränkt für klassische Schlagbiegeversuche eignen. Der werkstofftypische Faseraufbau sorgt trotz des eher spröden GreenTEC-Pro Materials für eine erhöhte Elastizität und verhindert somit eine vollständige Trennung der Probe unter Schlagbelastung.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 10: Schlagbiegeversuchdaten V2, unbehandelt]]<br /> <br /> === Ergebnisse ===<br /> <br /> Die angepasste Schlagbiegeprobe hat im Vergleich zum ersten Versuch deutlich bessere Ergebnisse geliefert und nähert sich den im Datenblatt angegebenen Werten für die Kerbschlagzähigkeit an. Während im Datenblatt ein Wert von etwa 4 kJ/m² genannt wird, konnte im zweiten Versuch eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 9,95 kJ/m² [Bild 10] erreicht werden. Dies zeigt, dass die Modifikationen am Probenkörper eine Verbesserung bewirkt haben. Dennoch wurde der gewünschte vollständige Bruch erneut nicht erreicht – stattdessen trat wieder ein Scharnierbruch auf, was die typischen Schwächen von 3D-gedruckten Proben bei dieser Prüfart bestätigt.<br /> <br /> Trotz der Einschränkungen liefert der Versuch wichtige Erkenntnisse über die Energieaufnahme und das Verhalten der Proben unter schlagartiger Belastung. Die gewonnenen Daten sind aussagekräftig genug, um als Vergleichsbasis für die weiteren Versuchsreihen mit äußeren Einflüssen wie Wasser oder Chemikalien verwendet zu werden.<br /> <br /> == Fazit ==<br /> <br /> Die Versuche bestätigen insgesamt die Datenblatt-Tendenzen, zeigen jedoch eine Tendenz ins negative:<br /> <br /> Im '''Zugversuch (XY-Richtung)''' liegen Elastizitätsmodul und Festigkeiten etwa 10–15 % unter den des Datenblattes mit Spritzgussteilen, ein Unterschied, der sich mit Porosität, Layerhaftung und Prozess­schwankungen erklären lässt.<br /> <br /> Im '''Zugversuch (Z-Richtung)''' fallen die Kennwerte erwartungsgemäß weit ab und unterstreichen, dass Orientierungs­wahl oder eine nachträgliche Verfestigung nötig sind, wenn Zuglasten quer zur Schicht auftreten.<br /> <br /> Beim '''Schlagbiegeversuch''', liegt die ermittelte Kerbschlagzähigkeit zwar in einem akzeptablen Bereich, aber es fällt auf, dass FDM-gedruckte Proben für klassische Pendelschlag­verfahren nur bedingt geeignet sind. Der aus dem Schichtenaufbau resultierende Scharnierbruch verhindert einen sauberen, vollständig trennenden Bruch. Trotzdem liefern die Ergebnisse eine gute Vergleichsgrundlage, für spätere Bauteile mit Einflüssen.<br /> <br /> Diese Referenzwerte bilden die Grundlage, um in den folgenden Abschnitten die Einflüsse von Wasser, Temperatur und Chemikalien direkt mit den Ausgangsdaten zu vergleichen und zu bewerten.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Festigkeit&diff=4485 2025-06-20T17:22:12Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 07.06.2025 */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 20.06.2025 ==<br /> <br /> In diesem Arbeitspaket werden die mechanischen Belastbarkeiten von 3D-Druck Teilen für eine Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die mechanischen Eigenschaften eines unveränderten Bauteils als auch dessen Verhalten unter Einflüssen wie ''Wasser'', ''Temperatur'' oder ''Chemikalien'' betrachtet.<br /> <br /> Das Ziel dieses Themas ist es, eine realitätsbezogene Analyse der mechanischen Beständigkeit 3D-gedruckter Bauteile zu erstellen. Die gewonnen Erkenntnisse können zur Materialspezifizierung oder Optimierung der Konstruktion führen.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau ==<br /> <br /> === Ausgangspunkt: Unbehandelte Proben ===<br /> <br /> Nach dem Drucken werden Laborversuche an der Zugprüfmaschine und der Schlagbiegeprüfmaschine an unbehandelten Bauteilen getestet, um diese mit den Werten des Herstellers zu vergleichen, hier ist anzumerken, dass in den Datenblättern von GreenTEC-Pro die Prüfungen mit Spritzgussteilen und nicht 3D-Druckteilen durchgeführt wurden. Ebenso dienen diese Proben als Referenz für spätere Prüfungen mit Einflüssen.<br /> <br /> === Einflussfaktoren ===<br /> <br /> Anschließend werden die gleichen Versuche an Bauteilen mit Einflüssen, in diesem Fall ''Wasser'' in [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.1]], ''Temperatur'' in [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.2]] und ''Chemikalien'' in [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.3]] durchgeführt und anschließend dokumentiert und analysiert.<br /> <br /> '''Einfluss von Wasser'''<br /> <br /> Der erste untersuchte Umwelteinfluss ist die Wirkung von Wasser. Hierbei wird experimentell was das Aussetzen von Wasser auf ein Bauteil über einen vorgeschriebenen Zeitraum für Wirkungen hat und wie sie dies auf seine mechanischen Eigenschaften auswirkt. Es wird ebenso überprüft, ob es zu geometrischen/optischen Veränderungen kommt.<br /> <br /> '''Einfluss von Temperatur'''<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit spielt in einer Kaffeemaschine eine zentrale Rolle, hierbei werden folgende Punkte genauer betrachtet. Zuerst wird getestet, ob eine wiederholtes Erhitzen und abkühlen sich auf die Stabilität des Werkstoffes ausübt. Ebenso wird untersuchte wie sich die Festigkeit des Werkstoffes verhält einer definierten Temperaturen. Falls möglich werden die Temperaturbeständigkeit und Wasseraufnahme zusammen getestet, beispielsweise durch ein heißes Wasserbad, um eine realistisches Bild des Bauteilverhaltens in der Kaffeemaschine zu kriegen.<br /> <br /> '''Einfluss von Chemikalien'''<br /> <br /> Ein weiterer relevanter Einflussfaktor sind Chemikalien. Insbesondere Reinigungs- und Entkalkungschemikalien, die bei Kaffeemaschinen periodisch zum Einsatz kommen werden in Bezug auf Wirkung auf den Kunststoff untersucht. Hierfür wird das Bauteil über einen längeren Zeitraum in eine Lösung aus Wasser und Reinigungsmitteln gelegt. Anschließend wird es auf geometrische/optische Veränderungen überprüft. Zuletzt wird die Festigkeit analysiert, um mögliche Materialschäden oder Beeinträchtigungen der Festigkeit festzustellen.<br /> <br /> == Projektfortschritt ==<br /> <br /> In den ersten Wochen wurde intensive Recherche betrieben. Zuerst wurde das Material GreenTEC-Pro genauer untersucht. Hierfür standen einige Datenblätter zu Verfügung, die einen guten Einblick in die verschiedenen Eigenschaften des Materials geben. <br /> <br /> === Auswahl der Festigkeitsprüfverfahren ===<br /> <br /> Auch die geplanten Festigkeitsprüfungen wurden genauer betrachtet, insbesondere in den Punkten Durchführung und Grund ihrer Auswahl.<br /> <br /> '''Zugversuch''': zur Bestimmung von Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul <br /> <br /> '''Schlagbiegeversuch''': zur Bewertung von Schlagzähigkeit unter plötzlicher Belastung<br /> <br /> === Vermutungen in Bezug auf Einflüsse ===<br /> <br /> Eine Recherche der Einflüsse bei ähnlichen Kunststoffen wie PETG, lässt vermuten das die spezifischen Einflüsse folgende Resultate bringen werden:<br /> <br /> '''Wasseraufnahme''': Leichte Reduzierung der Festigkeit und Zähigkeit. GreenTEC-Pro wird als sehr Wasserresistent angeworben, weshalb nur geringe Änderungen zu vermuten sind.<br /> <br /> '''Temperatur''': Je höher die Temperatur steigt, desto stärker nehmen Steifigkeit und Layerhaftung ab. Speziell im Bereich der VICAT-grenze (160°C) ist mit einem deutlichen Verlust an Festigkeit und Formstabilität zu rechnen.<br /> <br /> '''Chemikalien''': Der Werkstoff ist laut Datenblatt insbesondere gegenüber starken Oxidationsmitteln wie Chlor anfällig. Bei der Exposition gegenüber solchen Chemikalien ist mit einer deutlichen Reduktion der Festigkeit sowie mit optischen Veränderungen (z.B. Verfärbungen, Mattierung der Oberfläche) zu rechnen.<br /> <br /> === Druck der ersten Prüfkörper ===<br /> <br /> In dieser Phase wurden erste Prüfkörper für die anstehenden mechanischen Tests vorbereitet (gesliced), um sie anschließend Drucken zu können.<br /> <br /> Die verwendeten Slicing-Parameter für die ersten Bauteile setzen sich aus '''100% Infill mit geradlinigem Füllmuster''', einer '''Layerhöhe von 0,1 mm''' und einer verwendeten '''Düsengröße von 0,4 mm''' bei dem '''Drucker Prusa MK4S''' zusammen. <br /> <br /> Der Fokus zu diesem Zeitpunkt liegt auf reine Materialeigenschaften, Geometrieanpassung folgen ggf. in späteren Schritten.<br /> <br /> Die zu erwartenden Festigkeitswerte orientieren sich an den Herstellerangaben im Datenblatt von GreenTEC-Pro. Aufgrund des verwendeten FDM-Druckverfahrens sowie typischer Abweichungen (z. B. durch Layeraufbau und Inhomogenität) wird mit leicht reduzierten Werten gerechnet, besonders in Bezug auf ''Zugfestigkeit'' und ''Schlagzähigkeit''<br /> <br /> == Erste Laborversuche ==<br /> <br /> === Labor Einweisung und Drucken der Proben ===<br /> <br /> Zu Beginn der ersten Laborwoche erfolgte eine Einweisung in die Laborvorschriften sowie in die Bedienung der Maschinen, mit denen der Festigkeitsnachweis durchgeführt wird. Ebenso wurden die Prüfproben mittels 3D-Druck gefertigt, jeweils sechs Stück für die Zug- und Schlagbiegeprüfung.<br /> <br /> === Zugprüfung ===<br /> <br /> In der darauffolgenden Woche wurden die ersten Versuche durchgeführt. Ziel war es einerseits, die im Datenblatt angegebenen Materialeigenschaften zu verifizieren und andererseits eine Basis für weitere Versuche mit Einflüssen zu schaffen.<br /> <br /> Die sechs Zugprüfungen verliefen ohne große Komplikationen und es kam zu den in [Bild 1] gezeigten Werten. Die eingezeichneten Daten in ein Spannungs-Dehnungsdiagramm finden sich in [Bild 2], sowie eine detaillierte Gegenüberstellung der Daten aus der Laborarbeit und dem Datenblatt in [Tabelle 1].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;180&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Datensatz2.png|Bild 1: Zugversuchdaten der ersten Versuche, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Diagramm.png| Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm des Zugversuchs<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Tabelle 1:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Laborversuch !! Datenblatt !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || 4300 || ↓ ca. 12,3 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || 58 || ↓ ca. 30,2 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || 2,8 || ↓ ca. 27,9 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || 53 || ↓ ca. 39,6 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,5 || 3,4 || ≈ Gleich<br /> |}<br /> <br /> Es lässt sich feststellen, dass die meisten Messwerte im erwarteten Bereich liegen, jedoch etwas schlechter ausfallen als die Angaben im Datenblatt. Dies lässt sich auf mehrere Faktoren zurückführen: Zum einen schwankt die Qualität von 3D-Druckmaterialien und der Druckprozess selbst unterliegt gewissen Ungenauigkeiten. Zum anderen sind die im Datenblatt angegebenen Werte häufig optimistisch und repräsentieren die bestmöglichen Ergebnisse. Außerdem ist erneut zu erwähnen, dass die Datenblattwerte an Spritzgussteilen ermittelt wurden, während die hier repräsentierten Prüfungen mit 3D-gedruckten Bauteilen durchgeführt wurden.<br /> <br /> === Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Anschließend folgte die Schlagbiegeprüfung. Zunächst wurde ein 2 Joule-Hammer verwendet da der kleinstmögliche Hammer, der das Bauteil noch durchschlägt, die besten Werte liefert. Dieser durchschlug nahezu das gesamte Bauteil, lediglich die letzte Schicht blieb intakt. Daher wurde ein stärkerer 5 Joule-Hammer eingesetzt. Doch auch hier konnte die letzte Schicht nicht durchbrochen werden.<br /> Bei genauerer Analyse zeigte sich, dass es sich vermutlich um ein drucktechnisches Problem handelt. Eine alternative Druckmethode könnte dieses Verhalten möglicherweise verhindern. In realen Anwendungen stellt diese zusätzliche Schicht vermutlich keinen Nachteil dar, im Gegenteil, sie könnte stabilisierend wirken. Für standardisierte Festigkeitsprüfungen jedoch ist sie problematisch.<br /> <br /> Bildmaterial zur Schlagbiegeprüfung mit Scharnierbruch, siehe [Bild 3] und [Bild 4].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;150&quot;&gt;<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 1.jpg|Bild 3: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 2.jpg|Bild 4: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Die erarbeiteten Daten [Bild 5] aus dem Schlagbiegeversuch: <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch_Versuch1.png|mini|600px|zentriert| Bild 5: Schlagbiegeversuchdaten V1 der ersten Versuche, unbehandelt]]<br /> <br /> Hier ist ein bemerkenswerter Unterschied zwischen den beiden Messergebnissen zu erkennen, da es statt des erwarteten vollständigen Bruchs zu einem Scharnierbruch kam, vermutlich verursacht durch den Schichtaufbau beim 3D-Druck.<br /> Das Laborergebnis zeigte eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 14,3 kJ/m², während das Datenblatt von GreenTEC-Pro einen Wert von 4 kJ/m² angibt. Damit liegt der gemessene Wert deutlich höher als der Referenzwert, was sich vermutlich durch den unvollständigen Bruch und die damit verbundene zusätzliche Energieaufnahme erklären lässt.<br /> <br /> Es ist eine Wiederholung der Versuche mit veränderter Probenstruktur vorgesehen.<br /> <br /> === Angepasste Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Um die Schlagbiegeprüfung zuverlässiger auf das Bruchverhalten des verwendeten Materials abzustimmen, wurde das Prüfkörperdesign im Slicer gezielt angepasst. Ziel war es, einen vollständigen und sauberen Bruch an der Kerbe zu erzielen, statt eines untypischen Scharnierbruchs durch druckbedingte Verstärkungen in den oberen Schichten.<br /> <br /> Zu diesem Zweck wurden unter anderem folgende Änderungen vorgenommen:<br /> <br /> *Reduzierung der massiven Schicht an Ober-/Unterseite → Schichtdicke erwies sich als entscheidender Faktor für das Auftreten eines Scharnierbruchs<br /> *Bautteil um 180° gedreht → mit neuer Ausrichtung kann eine dickere Grundschicht beibehalten werden, ohne den Bruchverlauf negativ zu beeinflussen<br /> *Reduzierung des Füllgrades auf 70 % → Vermeidung übermäßiger Materialverdichtung und fördert ein Bruchverhalten<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 gesliced.png|mini|Bild 6: Schlagbiegeprobe V2 gesliced]]<br /> <br /> Die genauen Unterschiede finden sich hier:<br /> <br /> Tabelle 2:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Vorher !! Nachher<br /> |-<br /> | Ausrichtung der Probe || Kerbe nach oben || Kerbe nach unten<br /> |-<br /> | Top Layer Schichten || 8 Schichten || 1 Schicht<br /> |-<br /> | Top Layer Schalenstärke || 0,7 mm || 0,2 mm<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schichten || 7 Schichten || 2 Schichten<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schalenstärke || 0,4 mm || 0,5 mm<br /> |-<br /> | Perimeter || 0,3 mm || 0,1 mm<br /> |-<br /> | Infill || 100% || 70%<br /> |}<br /> <br /> == Zweiter Laborversuch ==<br /> <br /> === Erweiterung der Zugprüfung auf Z-Richtungsbelastung ===<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Hochkannt gesliced 33.png|mini|100px|rechts| Bild 7: Zugprobe Hochkannt gedruckt, gesliced]]<br /> <br /> In realen Anwendungen wirken mechanische Kräfte nie nur aus einer einzigen Richtung. Es treten meist Belastungen verteilt und gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen auf, wobei sie oft stark in bestimmte und vergleichsweise eher schwach in andere resultieren. Die bislang durchgeführten Zugversuche beschränkten sich auf flach gedruckte Proben, bei denen die Last hauptsächlich in der X- und Y-Richtung aufgenommen wird.<br /> <br /> Im weiteren Projektverlauf wurde daher beschlossen, zusätzlich auch hochkant (in Z-Richtung) gedruckte Zugproben [Bild 7] herzustellen und zu prüfen. Diese sollen gezielt die Schichtanhaftung sowie die mechanische Festigkeit in Z-Richtung untersuchen, da diese Richtung im 3D-Druckverfahren häufig eine Schwachstelle darstellt. Durch die Kombination beider Prüfrichtungen (XY und Z) entsteht ein ganzheitlicheres Bild der Materialeigenschaften unter realitätsnahen Belastungsbilder.<br /> <br /> === Versuchsergebnisse ===<br /> <br /> Nach dem ersten Versuch wurde deutlich, dass die Messergebnisse in ihrer aktuellen Form nur eingeschränkt aussagekräftig sind. Die Prüfteile versagten aufgrund der schwachen Schichthaftung in Z-Richtung sehr plötzlich, wodurch die Traverse der Zugprüfmaschine nicht weit genug fahren konnte um die Festigkeitsdaten des Bauteils zu erfassen. Aus diesem Grund wurde die nominelle Bruchdehnung (auch technische Bruchdehnung) ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt;, in die Datenerfassung aufgenommen. Sie ist zwar nicht so präzise wie die tatsächliche Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt;, da sie logarithmisch aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm errechnet wird, liefert aber eine gute Orientierung bezüglich des Dehnungsbereichs und reicht aus, um Vergleiche zwischen den Probenserien zu ermöglichen. Bei dem Vergleich der beiden Spannungs-Dehnungsdiagramme aus [Bild 2] und [Bild 9] ist dieser Unterschied ebenfalls eindeutig zu erkennen. Bei den Bauteilen die Hochkant gedruckt wurden, ist weder Spannung noch Dehnung ansatzweise so stark ausgeprägt wie bei den Flachgedruckten Bauteilen.<br /> <br /> Dies zeigt sich auch an der sehr niedrigen Bruchdehnung von lediglich 0,7 % bis 1,4 %, was auf ein ausgeprägt sprödes Versagensverhalten hinweist. Trotz dieser Einschränkungen sind die vorhandenen Ergebnisse keinesfalls wertlos, denn sie liefern eine grundlegende Referenz für spätere Versuche unter Einfluss von Umweltfaktoren und können als Vergleichsbasis zur qualitativen Bewertung herangezogen werden.<br /> <br /> Auffällig ist, dass die letzte Probe deutliche Abweichungen im Vergleich zu den ersten beiden aufweist. Diese Probe wurde mit einem neuen Filament gefertigt, wodurch geringe Unterschiede entstehen können. Wahrscheinlicher ist jedoch, dass die Daten sich unterscheiden weil ein Knoten im Filament vorlag, was die Druckqualität einzelner Bauteile negativ beeinflusst hat. Während sich dies bei den Zugproben kaum bemerkbar machte, war der Effekt bei einigen Schlagbiegeproben deutlich sichtbar, was sich auch in den späteren Prüfergebnissen widerspiegelt.<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Schlagbiegeversuch Versuch1 Z.png|Bild 8: Zugprüfungsergebnisse Z-Richtung, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche hochkannt diagramm.png|Bild 9: Spannungs-Dehnungsdiagramm für Zugprüfung Z-Richtung, unbehandelt <br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> == Wiederholung Schlagbiegeversuch ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau und Hintergrund ===<br /> <br /> Für die Wiederholung des Schlagbiegeversuchs wurde erneut ein Pendel mit einem 5 Joule-Hammer verwendet. Im Vergleich zum ersten Versuch kamen diesmal angepasste Proben zum Einsatz, die gezielt so konstruiert wurden, dass sie leichter versagen sollten. Ziel war es, den zuvor beobachteten Scharnierbruch zu vermeiden und stattdessen einen vollständigen Werkstoffbruch zu erreichen.<br /> <br /> Trotz dieser Anpassung trat jedoch erneut ein Scharnierbruch auf. Dies bestätigt die Annahme, dass sich 3D-gedruckte Bauteile, insbesondere im FDM-Verfahren, nur eingeschränkt für klassische Schlagbiegeversuche eignen. Der werkstofftypische Faseraufbau sorgt trotz des eher spröden GreenTEC-Pro Materials für eine erhöhte Elastizität und verhindert somit eine vollständige Trennung der Probe unter Schlagbelastung.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 10: Schlagbiegeversuchdaten V2, unbehandelt]]<br /> <br /> === Ergebnisse ===<br /> <br /> Die angepasste Schlagbiegeprobe hat im Vergleich zum ersten Versuch deutlich bessere Ergebnisse geliefert und nähert sich den im Datenblatt angegebenen Werten für die Kerbschlagzähigkeit an. Während im Datenblatt ein Wert von etwa 4 kJ/m² genannt wird, konnte im zweiten Versuch eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 9,95 kJ/m² [Bild 10] erreicht werden. Dies zeigt, dass die Modifikationen am Probenkörper eine Verbesserung bewirkt haben. Dennoch wurde der gewünschte vollständige Bruch erneut nicht erreicht – stattdessen trat wieder ein Scharnierbruch auf, was die typischen Schwächen von 3D-gedruckten Proben bei dieser Prüfart bestätigt.<br /> <br /> Trotz der Einschränkungen liefert der Versuch wichtige Erkenntnisse über die Energieaufnahme und das Verhalten der Proben unter schlagartiger Belastung. Die gewonnenen Daten sind aussagekräftig genug, um als Vergleichsbasis für die weiteren Versuchsreihen mit äußeren Einflüssen wie Wasser oder Chemikalien verwendet zu werden.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Festigkeit&diff=4484 2025-06-20T17:20:53Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Versuchsaufbau und Hintergrund */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 07.06.2025 ==<br /> <br /> In diesem Arbeitspaket werden die mechanischen Belastbarkeiten von 3D-Druck Teilen für eine Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die mechanischen Eigenschaften eines unveränderten Bauteils als auch dessen Verhalten unter Einflüssen wie ''Wasser'', ''Temperatur'' oder ''Chemikalien'' betrachtet.<br /> <br /> Das Ziel dieses Themas ist es, eine realitätsbezogene Analyse der mechanischen Beständigkeit 3D-gedruckter Bauteile zu erstellen. Die gewonnen Erkenntnisse können zur Materialspezifizierung oder Optimierung der Konstruktion führen.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau ==<br /> <br /> === Ausgangspunkt: Unbehandelte Proben ===<br /> <br /> Nach dem Drucken werden Laborversuche an der Zugprüfmaschine und der Schlagbiegeprüfmaschine an unbehandelten Bauteilen getestet, um diese mit den Werten des Herstellers zu vergleichen, hier ist anzumerken, dass in den Datenblättern von GreenTEC-Pro die Prüfungen mit Spritzgussteilen und nicht 3D-Druckteilen durchgeführt wurden. Ebenso dienen diese Proben als Referenz für spätere Prüfungen mit Einflüssen.<br /> <br /> === Einflussfaktoren ===<br /> <br /> Anschließend werden die gleichen Versuche an Bauteilen mit Einflüssen, in diesem Fall ''Wasser'' in [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.1]], ''Temperatur'' in [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.2]] und ''Chemikalien'' in [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.3]] durchgeführt und anschließend dokumentiert und analysiert.<br /> <br /> '''Einfluss von Wasser'''<br /> <br /> Der erste untersuchte Umwelteinfluss ist die Wirkung von Wasser. Hierbei wird experimentell was das Aussetzen von Wasser auf ein Bauteil über einen vorgeschriebenen Zeitraum für Wirkungen hat und wie sie dies auf seine mechanischen Eigenschaften auswirkt. Es wird ebenso überprüft, ob es zu geometrischen/optischen Veränderungen kommt.<br /> <br /> '''Einfluss von Temperatur'''<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit spielt in einer Kaffeemaschine eine zentrale Rolle, hierbei werden folgende Punkte genauer betrachtet. Zuerst wird getestet, ob eine wiederholtes Erhitzen und abkühlen sich auf die Stabilität des Werkstoffes ausübt. Ebenso wird untersuchte wie sich die Festigkeit des Werkstoffes verhält einer definierten Temperaturen. Falls möglich werden die Temperaturbeständigkeit und Wasseraufnahme zusammen getestet, beispielsweise durch ein heißes Wasserbad, um eine realistisches Bild des Bauteilverhaltens in der Kaffeemaschine zu kriegen.<br /> <br /> '''Einfluss von Chemikalien'''<br /> <br /> Ein weiterer relevanter Einflussfaktor sind Chemikalien. Insbesondere Reinigungs- und Entkalkungschemikalien, die bei Kaffeemaschinen periodisch zum Einsatz kommen werden in Bezug auf Wirkung auf den Kunststoff untersucht. Hierfür wird das Bauteil über einen längeren Zeitraum in eine Lösung aus Wasser und Reinigungsmitteln gelegt. Anschließend wird es auf geometrische/optische Veränderungen überprüft. Zuletzt wird die Festigkeit analysiert, um mögliche Materialschäden oder Beeinträchtigungen der Festigkeit festzustellen.<br /> <br /> == Projektfortschritt ==<br /> <br /> In den ersten Wochen wurde intensive Recherche betrieben. Zuerst wurde das Material GreenTEC-Pro genauer untersucht. Hierfür standen einige Datenblätter zu Verfügung, die einen guten Einblick in die verschiedenen Eigenschaften des Materials geben. <br /> <br /> === Auswahl der Festigkeitsprüfverfahren ===<br /> <br /> Auch die geplanten Festigkeitsprüfungen wurden genauer betrachtet, insbesondere in den Punkten Durchführung und Grund ihrer Auswahl.<br /> <br /> '''Zugversuch''': zur Bestimmung von Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul <br /> <br /> '''Schlagbiegeversuch''': zur Bewertung von Schlagzähigkeit unter plötzlicher Belastung<br /> <br /> === Vermutungen in Bezug auf Einflüsse ===<br /> <br /> Eine Recherche der Einflüsse bei ähnlichen Kunststoffen wie PETG, lässt vermuten das die spezifischen Einflüsse folgende Resultate bringen werden:<br /> <br /> '''Wasseraufnahme''': Leichte Reduzierung der Festigkeit und Zähigkeit. GreenTEC-Pro wird als sehr Wasserresistent angeworben, weshalb nur geringe Änderungen zu vermuten sind.<br /> <br /> '''Temperatur''': Je höher die Temperatur steigt, desto stärker nehmen Steifigkeit und Layerhaftung ab. Speziell im Bereich der VICAT-grenze (160°C) ist mit einem deutlichen Verlust an Festigkeit und Formstabilität zu rechnen.<br /> <br /> '''Chemikalien''': Der Werkstoff ist laut Datenblatt insbesondere gegenüber starken Oxidationsmitteln wie Chlor anfällig. Bei der Exposition gegenüber solchen Chemikalien ist mit einer deutlichen Reduktion der Festigkeit sowie mit optischen Veränderungen (z.B. Verfärbungen, Mattierung der Oberfläche) zu rechnen.<br /> <br /> === Druck der ersten Prüfkörper ===<br /> <br /> In dieser Phase wurden erste Prüfkörper für die anstehenden mechanischen Tests vorbereitet (gesliced), um sie anschließend Drucken zu können.<br /> <br /> Die verwendeten Slicing-Parameter für die ersten Bauteile setzen sich aus '''100% Infill mit geradlinigem Füllmuster''', einer '''Layerhöhe von 0,1 mm''' und einer verwendeten '''Düsengröße von 0,4 mm''' bei dem '''Drucker Prusa MK4S''' zusammen. <br /> <br /> Der Fokus zu diesem Zeitpunkt liegt auf reine Materialeigenschaften, Geometrieanpassung folgen ggf. in späteren Schritten.<br /> <br /> Die zu erwartenden Festigkeitswerte orientieren sich an den Herstellerangaben im Datenblatt von GreenTEC-Pro. Aufgrund des verwendeten FDM-Druckverfahrens sowie typischer Abweichungen (z. B. durch Layeraufbau und Inhomogenität) wird mit leicht reduzierten Werten gerechnet, besonders in Bezug auf ''Zugfestigkeit'' und ''Schlagzähigkeit''<br /> <br /> == Erste Laborversuche ==<br /> <br /> === Labor Einweisung und Drucken der Proben ===<br /> <br /> Zu Beginn der ersten Laborwoche erfolgte eine Einweisung in die Laborvorschriften sowie in die Bedienung der Maschinen, mit denen der Festigkeitsnachweis durchgeführt wird. Ebenso wurden die Prüfproben mittels 3D-Druck gefertigt, jeweils sechs Stück für die Zug- und Schlagbiegeprüfung.<br /> <br /> === Zugprüfung ===<br /> <br /> In der darauffolgenden Woche wurden die ersten Versuche durchgeführt. Ziel war es einerseits, die im Datenblatt angegebenen Materialeigenschaften zu verifizieren und andererseits eine Basis für weitere Versuche mit Einflüssen zu schaffen.<br /> <br /> Die sechs Zugprüfungen verliefen ohne große Komplikationen und es kam zu den in [Bild 1] gezeigten Werten. Die eingezeichneten Daten in ein Spannungs-Dehnungsdiagramm finden sich in [Bild 2], sowie eine detaillierte Gegenüberstellung der Daten aus der Laborarbeit und dem Datenblatt in [Tabelle 1].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;180&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Datensatz2.png|Bild 1: Zugversuchdaten der ersten Versuche, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Diagramm.png| Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm des Zugversuchs<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Tabelle 1:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Laborversuch !! Datenblatt !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || 4300 || ↓ ca. 12,3 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || 58 || ↓ ca. 30,2 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || 2,8 || ↓ ca. 27,9 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || 53 || ↓ ca. 39,6 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,5 || 3,4 || ≈ Gleich<br /> |}<br /> <br /> Es lässt sich feststellen, dass die meisten Messwerte im erwarteten Bereich liegen, jedoch etwas schlechter ausfallen als die Angaben im Datenblatt. Dies lässt sich auf mehrere Faktoren zurückführen: Zum einen schwankt die Qualität von 3D-Druckmaterialien und der Druckprozess selbst unterliegt gewissen Ungenauigkeiten. Zum anderen sind die im Datenblatt angegebenen Werte häufig optimistisch und repräsentieren die bestmöglichen Ergebnisse. Außerdem ist erneut zu erwähnen, dass die Datenblattwerte an Spritzgussteilen ermittelt wurden, während die hier repräsentierten Prüfungen mit 3D-gedruckten Bauteilen durchgeführt wurden.<br /> <br /> === Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Anschließend folgte die Schlagbiegeprüfung. Zunächst wurde ein 2 Joule-Hammer verwendet da der kleinstmögliche Hammer, der das Bauteil noch durchschlägt, die besten Werte liefert. Dieser durchschlug nahezu das gesamte Bauteil, lediglich die letzte Schicht blieb intakt. Daher wurde ein stärkerer 5 Joule-Hammer eingesetzt. Doch auch hier konnte die letzte Schicht nicht durchbrochen werden.<br /> Bei genauerer Analyse zeigte sich, dass es sich vermutlich um ein drucktechnisches Problem handelt. Eine alternative Druckmethode könnte dieses Verhalten möglicherweise verhindern. In realen Anwendungen stellt diese zusätzliche Schicht vermutlich keinen Nachteil dar, im Gegenteil, sie könnte stabilisierend wirken. Für standardisierte Festigkeitsprüfungen jedoch ist sie problematisch.<br /> <br /> Bildmaterial zur Schlagbiegeprüfung mit Scharnierbruch, siehe [Bild 3] und [Bild 4].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;150&quot;&gt;<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 1.jpg|Bild 3: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 2.jpg|Bild 4: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Die erarbeiteten Daten [Bild 5] aus dem Schlagbiegeversuch: <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch_Versuch1.png|mini|600px|zentriert| Bild 5: Schlagbiegeversuchdaten V1 der ersten Versuche, unbehandelt]]<br /> <br /> Hier ist ein bemerkenswerter Unterschied zwischen den beiden Messergebnissen zu erkennen, da es statt des erwarteten vollständigen Bruchs zu einem Scharnierbruch kam, vermutlich verursacht durch den Schichtaufbau beim 3D-Druck.<br /> Das Laborergebnis zeigte eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 14,3 kJ/m², während das Datenblatt von GreenTEC-Pro einen Wert von 4 kJ/m² angibt. Damit liegt der gemessene Wert deutlich höher als der Referenzwert, was sich vermutlich durch den unvollständigen Bruch und die damit verbundene zusätzliche Energieaufnahme erklären lässt.<br /> <br /> Es ist eine Wiederholung der Versuche mit veränderter Probenstruktur vorgesehen.<br /> <br /> === Angepasste Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Um die Schlagbiegeprüfung zuverlässiger auf das Bruchverhalten des verwendeten Materials abzustimmen, wurde das Prüfkörperdesign im Slicer gezielt angepasst. Ziel war es, einen vollständigen und sauberen Bruch an der Kerbe zu erzielen, statt eines untypischen Scharnierbruchs durch druckbedingte Verstärkungen in den oberen Schichten.<br /> <br /> Zu diesem Zweck wurden unter anderem folgende Änderungen vorgenommen:<br /> <br /> *Reduzierung der massiven Schicht an Ober-/Unterseite → Schichtdicke erwies sich als entscheidender Faktor für das Auftreten eines Scharnierbruchs<br /> *Bautteil um 180° gedreht → mit neuer Ausrichtung kann eine dickere Grundschicht beibehalten werden, ohne den Bruchverlauf negativ zu beeinflussen<br /> *Reduzierung des Füllgrades auf 70 % → Vermeidung übermäßiger Materialverdichtung und fördert ein Bruchverhalten<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 gesliced.png|mini|Bild 6: Schlagbiegeprobe V2 gesliced]]<br /> <br /> Die genauen Unterschiede finden sich hier:<br /> <br /> Tabelle 2:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Vorher !! Nachher<br /> |-<br /> | Ausrichtung der Probe || Kerbe nach oben || Kerbe nach unten<br /> |-<br /> | Top Layer Schichten || 8 Schichten || 1 Schicht<br /> |-<br /> | Top Layer Schalenstärke || 0,7 mm || 0,2 mm<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schichten || 7 Schichten || 2 Schichten<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schalenstärke || 0,4 mm || 0,5 mm<br /> |-<br /> | Perimeter || 0,3 mm || 0,1 mm<br /> |-<br /> | Infill || 100% || 70%<br /> |}<br /> <br /> == Zweiter Laborversuch ==<br /> <br /> === Erweiterung der Zugprüfung auf Z-Richtungsbelastung ===<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Hochkannt gesliced 33.png|mini|100px|rechts| Bild 7: Zugprobe Hochkannt gedruckt, gesliced]]<br /> <br /> In realen Anwendungen wirken mechanische Kräfte nie nur aus einer einzigen Richtung. Es treten meist Belastungen verteilt und gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen auf, wobei sie oft stark in bestimmte und vergleichsweise eher schwach in andere resultieren. Die bislang durchgeführten Zugversuche beschränkten sich auf flach gedruckte Proben, bei denen die Last hauptsächlich in der X- und Y-Richtung aufgenommen wird.<br /> <br /> Im weiteren Projektverlauf wurde daher beschlossen, zusätzlich auch hochkant (in Z-Richtung) gedruckte Zugproben [Bild 7] herzustellen und zu prüfen. Diese sollen gezielt die Schichtanhaftung sowie die mechanische Festigkeit in Z-Richtung untersuchen, da diese Richtung im 3D-Druckverfahren häufig eine Schwachstelle darstellt. Durch die Kombination beider Prüfrichtungen (XY und Z) entsteht ein ganzheitlicheres Bild der Materialeigenschaften unter realitätsnahen Belastungsbilder.<br /> <br /> === Versuchsergebnisse ===<br /> <br /> Nach dem ersten Versuch wurde deutlich, dass die Messergebnisse in ihrer aktuellen Form nur eingeschränkt aussagekräftig sind. Die Prüfteile versagten aufgrund der schwachen Schichthaftung in Z-Richtung sehr plötzlich, wodurch die Traverse der Zugprüfmaschine nicht weit genug fahren konnte um die Festigkeitsdaten des Bauteils zu erfassen. Aus diesem Grund wurde die nominelle Bruchdehnung (auch technische Bruchdehnung) ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt;, in die Datenerfassung aufgenommen. Sie ist zwar nicht so präzise wie die tatsächliche Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt;, da sie logarithmisch aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm errechnet wird, liefert aber eine gute Orientierung bezüglich des Dehnungsbereichs und reicht aus, um Vergleiche zwischen den Probenserien zu ermöglichen. Bei dem Vergleich der beiden Spannungs-Dehnungsdiagramme aus [Bild 2] und [Bild 9] ist dieser Unterschied ebenfalls eindeutig zu erkennen. Bei den Bauteilen die Hochkant gedruckt wurden, ist weder Spannung noch Dehnung ansatzweise so stark ausgeprägt wie bei den Flachgedruckten Bauteilen.<br /> <br /> Dies zeigt sich auch an der sehr niedrigen Bruchdehnung von lediglich 0,7 % bis 1,4 %, was auf ein ausgeprägt sprödes Versagensverhalten hinweist. Trotz dieser Einschränkungen sind die vorhandenen Ergebnisse keinesfalls wertlos, denn sie liefern eine grundlegende Referenz für spätere Versuche unter Einfluss von Umweltfaktoren und können als Vergleichsbasis zur qualitativen Bewertung herangezogen werden.<br /> <br /> Auffällig ist, dass die letzte Probe deutliche Abweichungen im Vergleich zu den ersten beiden aufweist. Diese Probe wurde mit einem neuen Filament gefertigt, wodurch geringe Unterschiede entstehen können. Wahrscheinlicher ist jedoch, dass die Daten sich unterscheiden weil ein Knoten im Filament vorlag, was die Druckqualität einzelner Bauteile negativ beeinflusst hat. Während sich dies bei den Zugproben kaum bemerkbar machte, war der Effekt bei einigen Schlagbiegeproben deutlich sichtbar, was sich auch in den späteren Prüfergebnissen widerspiegelt.<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Schlagbiegeversuch Versuch1 Z.png|Bild 8: Zugprüfungsergebnisse Z-Richtung, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche hochkannt diagramm.png|Bild 9: Spannungs-Dehnungsdiagramm für Zugprüfung Z-Richtung, unbehandelt <br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> == Wiederholung Schlagbiegeversuch ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau und Hintergrund ===<br /> <br /> Für die Wiederholung des Schlagbiegeversuchs wurde erneut ein Pendel mit einem 5 Joule-Hammer verwendet. Im Vergleich zum ersten Versuch kamen diesmal angepasste Proben zum Einsatz, die gezielt so konstruiert wurden, dass sie leichter versagen sollten. Ziel war es, den zuvor beobachteten Scharnierbruch zu vermeiden und stattdessen einen vollständigen Werkstoffbruch zu erreichen.<br /> <br /> Trotz dieser Anpassung trat jedoch erneut ein Scharnierbruch auf. Dies bestätigt die Annahme, dass sich 3D-gedruckte Bauteile, insbesondere im FDM-Verfahren, nur eingeschränkt für klassische Schlagbiegeversuche eignen. Der werkstofftypische Faseraufbau sorgt trotz des eher spröden GreenTEC-Pro Materials für eine erhöhte Elastizität und verhindert somit eine vollständige Trennung der Probe unter Schlagbelastung.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 10: Schlagbiegeversuchdaten V2, unbehandelt]]<br /> <br /> === Ergebnisse ===<br /> <br /> Die angepasste Schlagbiegeprobe hat im Vergleich zum ersten Versuch deutlich bessere Ergebnisse geliefert und nähert sich den im Datenblatt angegebenen Werten für die Kerbschlagzähigkeit an. Während im Datenblatt ein Wert von etwa 4 kJ/m² genannt wird, konnte im zweiten Versuch eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 9,95 kJ/m² [Bild 10] erreicht werden. Dies zeigt, dass die Modifikationen am Probenkörper eine Verbesserung bewirkt haben. Dennoch wurde der gewünschte vollständige Bruch erneut nicht erreicht – stattdessen trat wieder ein Scharnierbruch auf, was die typischen Schwächen von 3D-gedruckten Proben bei dieser Prüfart bestätigt.<br /> <br /> Trotz der Einschränkungen liefert der Versuch wichtige Erkenntnisse über die Energieaufnahme und das Verhalten der Proben unter schlagartiger Belastung. Die gewonnenen Daten sind aussagekräftig genug, um als Vergleichsbasis für die weiteren Versuchsreihen mit äußeren Einflüssen wie Wasser oder Chemikalien verwendet zu werden.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Festigkeit&diff=4483 2025-06-20T17:19:49Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Schlagbiegeprüfung */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 07.06.2025 ==<br /> <br /> In diesem Arbeitspaket werden die mechanischen Belastbarkeiten von 3D-Druck Teilen für eine Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die mechanischen Eigenschaften eines unveränderten Bauteils als auch dessen Verhalten unter Einflüssen wie ''Wasser'', ''Temperatur'' oder ''Chemikalien'' betrachtet.<br /> <br /> Das Ziel dieses Themas ist es, eine realitätsbezogene Analyse der mechanischen Beständigkeit 3D-gedruckter Bauteile zu erstellen. Die gewonnen Erkenntnisse können zur Materialspezifizierung oder Optimierung der Konstruktion führen.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau ==<br /> <br /> === Ausgangspunkt: Unbehandelte Proben ===<br /> <br /> Nach dem Drucken werden Laborversuche an der Zugprüfmaschine und der Schlagbiegeprüfmaschine an unbehandelten Bauteilen getestet, um diese mit den Werten des Herstellers zu vergleichen, hier ist anzumerken, dass in den Datenblättern von GreenTEC-Pro die Prüfungen mit Spritzgussteilen und nicht 3D-Druckteilen durchgeführt wurden. Ebenso dienen diese Proben als Referenz für spätere Prüfungen mit Einflüssen.<br /> <br /> === Einflussfaktoren ===<br /> <br /> Anschließend werden die gleichen Versuche an Bauteilen mit Einflüssen, in diesem Fall ''Wasser'' in [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.1]], ''Temperatur'' in [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.2]] und ''Chemikalien'' in [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.3]] durchgeführt und anschließend dokumentiert und analysiert.<br /> <br /> '''Einfluss von Wasser'''<br /> <br /> Der erste untersuchte Umwelteinfluss ist die Wirkung von Wasser. Hierbei wird experimentell was das Aussetzen von Wasser auf ein Bauteil über einen vorgeschriebenen Zeitraum für Wirkungen hat und wie sie dies auf seine mechanischen Eigenschaften auswirkt. Es wird ebenso überprüft, ob es zu geometrischen/optischen Veränderungen kommt.<br /> <br /> '''Einfluss von Temperatur'''<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit spielt in einer Kaffeemaschine eine zentrale Rolle, hierbei werden folgende Punkte genauer betrachtet. Zuerst wird getestet, ob eine wiederholtes Erhitzen und abkühlen sich auf die Stabilität des Werkstoffes ausübt. Ebenso wird untersuchte wie sich die Festigkeit des Werkstoffes verhält einer definierten Temperaturen. Falls möglich werden die Temperaturbeständigkeit und Wasseraufnahme zusammen getestet, beispielsweise durch ein heißes Wasserbad, um eine realistisches Bild des Bauteilverhaltens in der Kaffeemaschine zu kriegen.<br /> <br /> '''Einfluss von Chemikalien'''<br /> <br /> Ein weiterer relevanter Einflussfaktor sind Chemikalien. Insbesondere Reinigungs- und Entkalkungschemikalien, die bei Kaffeemaschinen periodisch zum Einsatz kommen werden in Bezug auf Wirkung auf den Kunststoff untersucht. Hierfür wird das Bauteil über einen längeren Zeitraum in eine Lösung aus Wasser und Reinigungsmitteln gelegt. Anschließend wird es auf geometrische/optische Veränderungen überprüft. Zuletzt wird die Festigkeit analysiert, um mögliche Materialschäden oder Beeinträchtigungen der Festigkeit festzustellen.<br /> <br /> == Projektfortschritt ==<br /> <br /> In den ersten Wochen wurde intensive Recherche betrieben. Zuerst wurde das Material GreenTEC-Pro genauer untersucht. Hierfür standen einige Datenblätter zu Verfügung, die einen guten Einblick in die verschiedenen Eigenschaften des Materials geben. <br /> <br /> === Auswahl der Festigkeitsprüfverfahren ===<br /> <br /> Auch die geplanten Festigkeitsprüfungen wurden genauer betrachtet, insbesondere in den Punkten Durchführung und Grund ihrer Auswahl.<br /> <br /> '''Zugversuch''': zur Bestimmung von Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul <br /> <br /> '''Schlagbiegeversuch''': zur Bewertung von Schlagzähigkeit unter plötzlicher Belastung<br /> <br /> === Vermutungen in Bezug auf Einflüsse ===<br /> <br /> Eine Recherche der Einflüsse bei ähnlichen Kunststoffen wie PETG, lässt vermuten das die spezifischen Einflüsse folgende Resultate bringen werden:<br /> <br /> '''Wasseraufnahme''': Leichte Reduzierung der Festigkeit und Zähigkeit. GreenTEC-Pro wird als sehr Wasserresistent angeworben, weshalb nur geringe Änderungen zu vermuten sind.<br /> <br /> '''Temperatur''': Je höher die Temperatur steigt, desto stärker nehmen Steifigkeit und Layerhaftung ab. Speziell im Bereich der VICAT-grenze (160°C) ist mit einem deutlichen Verlust an Festigkeit und Formstabilität zu rechnen.<br /> <br /> '''Chemikalien''': Der Werkstoff ist laut Datenblatt insbesondere gegenüber starken Oxidationsmitteln wie Chlor anfällig. Bei der Exposition gegenüber solchen Chemikalien ist mit einer deutlichen Reduktion der Festigkeit sowie mit optischen Veränderungen (z.B. Verfärbungen, Mattierung der Oberfläche) zu rechnen.<br /> <br /> === Druck der ersten Prüfkörper ===<br /> <br /> In dieser Phase wurden erste Prüfkörper für die anstehenden mechanischen Tests vorbereitet (gesliced), um sie anschließend Drucken zu können.<br /> <br /> Die verwendeten Slicing-Parameter für die ersten Bauteile setzen sich aus '''100% Infill mit geradlinigem Füllmuster''', einer '''Layerhöhe von 0,1 mm''' und einer verwendeten '''Düsengröße von 0,4 mm''' bei dem '''Drucker Prusa MK4S''' zusammen. <br /> <br /> Der Fokus zu diesem Zeitpunkt liegt auf reine Materialeigenschaften, Geometrieanpassung folgen ggf. in späteren Schritten.<br /> <br /> Die zu erwartenden Festigkeitswerte orientieren sich an den Herstellerangaben im Datenblatt von GreenTEC-Pro. Aufgrund des verwendeten FDM-Druckverfahrens sowie typischer Abweichungen (z. B. durch Layeraufbau und Inhomogenität) wird mit leicht reduzierten Werten gerechnet, besonders in Bezug auf ''Zugfestigkeit'' und ''Schlagzähigkeit''<br /> <br /> == Erste Laborversuche ==<br /> <br /> === Labor Einweisung und Drucken der Proben ===<br /> <br /> Zu Beginn der ersten Laborwoche erfolgte eine Einweisung in die Laborvorschriften sowie in die Bedienung der Maschinen, mit denen der Festigkeitsnachweis durchgeführt wird. Ebenso wurden die Prüfproben mittels 3D-Druck gefertigt, jeweils sechs Stück für die Zug- und Schlagbiegeprüfung.<br /> <br /> === Zugprüfung ===<br /> <br /> In der darauffolgenden Woche wurden die ersten Versuche durchgeführt. Ziel war es einerseits, die im Datenblatt angegebenen Materialeigenschaften zu verifizieren und andererseits eine Basis für weitere Versuche mit Einflüssen zu schaffen.<br /> <br /> Die sechs Zugprüfungen verliefen ohne große Komplikationen und es kam zu den in [Bild 1] gezeigten Werten. Die eingezeichneten Daten in ein Spannungs-Dehnungsdiagramm finden sich in [Bild 2], sowie eine detaillierte Gegenüberstellung der Daten aus der Laborarbeit und dem Datenblatt in [Tabelle 1].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;180&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Datensatz2.png|Bild 1: Zugversuchdaten der ersten Versuche, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Diagramm.png| Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm des Zugversuchs<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Tabelle 1:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Laborversuch !! Datenblatt !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || 4300 || ↓ ca. 12,3 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || 58 || ↓ ca. 30,2 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || 2,8 || ↓ ca. 27,9 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || 53 || ↓ ca. 39,6 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,5 || 3,4 || ≈ Gleich<br /> |}<br /> <br /> Es lässt sich feststellen, dass die meisten Messwerte im erwarteten Bereich liegen, jedoch etwas schlechter ausfallen als die Angaben im Datenblatt. Dies lässt sich auf mehrere Faktoren zurückführen: Zum einen schwankt die Qualität von 3D-Druckmaterialien und der Druckprozess selbst unterliegt gewissen Ungenauigkeiten. Zum anderen sind die im Datenblatt angegebenen Werte häufig optimistisch und repräsentieren die bestmöglichen Ergebnisse. Außerdem ist erneut zu erwähnen, dass die Datenblattwerte an Spritzgussteilen ermittelt wurden, während die hier repräsentierten Prüfungen mit 3D-gedruckten Bauteilen durchgeführt wurden.<br /> <br /> === Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Anschließend folgte die Schlagbiegeprüfung. Zunächst wurde ein 2 Joule-Hammer verwendet da der kleinstmögliche Hammer, der das Bauteil noch durchschlägt, die besten Werte liefert. Dieser durchschlug nahezu das gesamte Bauteil, lediglich die letzte Schicht blieb intakt. Daher wurde ein stärkerer 5 Joule-Hammer eingesetzt. Doch auch hier konnte die letzte Schicht nicht durchbrochen werden.<br /> Bei genauerer Analyse zeigte sich, dass es sich vermutlich um ein drucktechnisches Problem handelt. Eine alternative Druckmethode könnte dieses Verhalten möglicherweise verhindern. In realen Anwendungen stellt diese zusätzliche Schicht vermutlich keinen Nachteil dar, im Gegenteil, sie könnte stabilisierend wirken. Für standardisierte Festigkeitsprüfungen jedoch ist sie problematisch.<br /> <br /> Bildmaterial zur Schlagbiegeprüfung mit Scharnierbruch, siehe [Bild 3] und [Bild 4].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;150&quot;&gt;<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 1.jpg|Bild 3: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 2.jpg|Bild 4: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Die erarbeiteten Daten [Bild 5] aus dem Schlagbiegeversuch: <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch_Versuch1.png|mini|600px|zentriert| Bild 5: Schlagbiegeversuchdaten V1 der ersten Versuche, unbehandelt]]<br /> <br /> Hier ist ein bemerkenswerter Unterschied zwischen den beiden Messergebnissen zu erkennen, da es statt des erwarteten vollständigen Bruchs zu einem Scharnierbruch kam, vermutlich verursacht durch den Schichtaufbau beim 3D-Druck.<br /> Das Laborergebnis zeigte eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 14,3 kJ/m², während das Datenblatt von GreenTEC-Pro einen Wert von 4 kJ/m² angibt. Damit liegt der gemessene Wert deutlich höher als der Referenzwert, was sich vermutlich durch den unvollständigen Bruch und die damit verbundene zusätzliche Energieaufnahme erklären lässt.<br /> <br /> Es ist eine Wiederholung der Versuche mit veränderter Probenstruktur vorgesehen.<br /> <br /> === Angepasste Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Um die Schlagbiegeprüfung zuverlässiger auf das Bruchverhalten des verwendeten Materials abzustimmen, wurde das Prüfkörperdesign im Slicer gezielt angepasst. Ziel war es, einen vollständigen und sauberen Bruch an der Kerbe zu erzielen, statt eines untypischen Scharnierbruchs durch druckbedingte Verstärkungen in den oberen Schichten.<br /> <br /> Zu diesem Zweck wurden unter anderem folgende Änderungen vorgenommen:<br /> <br /> *Reduzierung der massiven Schicht an Ober-/Unterseite → Schichtdicke erwies sich als entscheidender Faktor für das Auftreten eines Scharnierbruchs<br /> *Bautteil um 180° gedreht → mit neuer Ausrichtung kann eine dickere Grundschicht beibehalten werden, ohne den Bruchverlauf negativ zu beeinflussen<br /> *Reduzierung des Füllgrades auf 70 % → Vermeidung übermäßiger Materialverdichtung und fördert ein Bruchverhalten<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 gesliced.png|mini|Bild 6: Schlagbiegeprobe V2 gesliced]]<br /> <br /> Die genauen Unterschiede finden sich hier:<br /> <br /> Tabelle 2:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Vorher !! Nachher<br /> |-<br /> | Ausrichtung der Probe || Kerbe nach oben || Kerbe nach unten<br /> |-<br /> | Top Layer Schichten || 8 Schichten || 1 Schicht<br /> |-<br /> | Top Layer Schalenstärke || 0,7 mm || 0,2 mm<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schichten || 7 Schichten || 2 Schichten<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schalenstärke || 0,4 mm || 0,5 mm<br /> |-<br /> | Perimeter || 0,3 mm || 0,1 mm<br /> |-<br /> | Infill || 100% || 70%<br /> |}<br /> <br /> == Zweiter Laborversuch ==<br /> <br /> === Erweiterung der Zugprüfung auf Z-Richtungsbelastung ===<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Hochkannt gesliced 33.png|mini|100px|rechts| Bild 7: Zugprobe Hochkannt gedruckt, gesliced]]<br /> <br /> In realen Anwendungen wirken mechanische Kräfte nie nur aus einer einzigen Richtung. Es treten meist Belastungen verteilt und gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen auf, wobei sie oft stark in bestimmte und vergleichsweise eher schwach in andere resultieren. Die bislang durchgeführten Zugversuche beschränkten sich auf flach gedruckte Proben, bei denen die Last hauptsächlich in der X- und Y-Richtung aufgenommen wird.<br /> <br /> Im weiteren Projektverlauf wurde daher beschlossen, zusätzlich auch hochkant (in Z-Richtung) gedruckte Zugproben [Bild 7] herzustellen und zu prüfen. Diese sollen gezielt die Schichtanhaftung sowie die mechanische Festigkeit in Z-Richtung untersuchen, da diese Richtung im 3D-Druckverfahren häufig eine Schwachstelle darstellt. Durch die Kombination beider Prüfrichtungen (XY und Z) entsteht ein ganzheitlicheres Bild der Materialeigenschaften unter realitätsnahen Belastungsbilder.<br /> <br /> === Versuchsergebnisse ===<br /> <br /> Nach dem ersten Versuch wurde deutlich, dass die Messergebnisse in ihrer aktuellen Form nur eingeschränkt aussagekräftig sind. Die Prüfteile versagten aufgrund der schwachen Schichthaftung in Z-Richtung sehr plötzlich, wodurch die Traverse der Zugprüfmaschine nicht weit genug fahren konnte um die Festigkeitsdaten des Bauteils zu erfassen. Aus diesem Grund wurde die nominelle Bruchdehnung (auch technische Bruchdehnung) ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt;, in die Datenerfassung aufgenommen. Sie ist zwar nicht so präzise wie die tatsächliche Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt;, da sie logarithmisch aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm errechnet wird, liefert aber eine gute Orientierung bezüglich des Dehnungsbereichs und reicht aus, um Vergleiche zwischen den Probenserien zu ermöglichen. Bei dem Vergleich der beiden Spannungs-Dehnungsdiagramme aus [Bild 2] und [Bild 9] ist dieser Unterschied ebenfalls eindeutig zu erkennen. Bei den Bauteilen die Hochkant gedruckt wurden, ist weder Spannung noch Dehnung ansatzweise so stark ausgeprägt wie bei den Flachgedruckten Bauteilen.<br /> <br /> Dies zeigt sich auch an der sehr niedrigen Bruchdehnung von lediglich 0,7 % bis 1,4 %, was auf ein ausgeprägt sprödes Versagensverhalten hinweist. Trotz dieser Einschränkungen sind die vorhandenen Ergebnisse keinesfalls wertlos, denn sie liefern eine grundlegende Referenz für spätere Versuche unter Einfluss von Umweltfaktoren und können als Vergleichsbasis zur qualitativen Bewertung herangezogen werden.<br /> <br /> Auffällig ist, dass die letzte Probe deutliche Abweichungen im Vergleich zu den ersten beiden aufweist. Diese Probe wurde mit einem neuen Filament gefertigt, wodurch geringe Unterschiede entstehen können. Wahrscheinlicher ist jedoch, dass die Daten sich unterscheiden weil ein Knoten im Filament vorlag, was die Druckqualität einzelner Bauteile negativ beeinflusst hat. Während sich dies bei den Zugproben kaum bemerkbar machte, war der Effekt bei einigen Schlagbiegeproben deutlich sichtbar, was sich auch in den späteren Prüfergebnissen widerspiegelt.<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Schlagbiegeversuch Versuch1 Z.png|Bild 8: Zugprüfungsergebnisse Z-Richtung, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche hochkannt diagramm.png|Bild 9: Spannungs-Dehnungsdiagramm für Zugprüfung Z-Richtung, unbehandelt <br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> == Wiederholung Schlagbiegeversuch ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau und Hintergrund ===<br /> <br /> Für die Wiederholung des Schlagbiegeversuchs wurde erneut ein Pendel mit einem 5 Joule-Hammer verwendet. Im Vergleich zum ersten Versuch kamen diesmal angepasste Proben zum Einsatz, die gezielt so konstruiert wurden, dass sie leichter versagen sollten. Ziel war es, den zuvor beobachteten Scharnierbruch zu vermeiden und stattdessen einen vollständigen Werkstoffbruch zu erreichen.<br /> <br /> Trotz dieser Anpassung trat jedoch erneut ein Scharnierbruch auf. Dies bestätigt die Annahme, dass sich 3D-gedruckte Bauteile, insbesondere im FDM-Verfahren, nur eingeschränkt für klassische Schlagbiegeversuche eignen. Der werkstofftypische Faseraufbau (Schicht-für-Schicht-Aufbau) sorgt trotz des spröden GreenTEC-Pro Materials für eine erhöhte Elastizität und verhindert somit eine vollständige Trennung der Probe unter Schlagbelastung.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 10: Schlagbiegeversuchdaten V2, unbehandelt]]<br /> <br /> === Ergebnisse ===<br /> <br /> Die angepasste Schlagbiegeprobe hat im Vergleich zum ersten Versuch deutlich bessere Ergebnisse geliefert und nähert sich den im Datenblatt angegebenen Werten für die Kerbschlagzähigkeit an. Während im Datenblatt ein Wert von etwa 4 kJ/m² genannt wird, konnte im zweiten Versuch eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 9,95 kJ/m² [Bild 10] erreicht werden. Dies zeigt, dass die Modifikationen am Probenkörper eine Verbesserung bewirkt haben. Dennoch wurde der gewünschte vollständige Bruch erneut nicht erreicht – stattdessen trat wieder ein Scharnierbruch auf, was die typischen Schwächen von 3D-gedruckten Proben bei dieser Prüfart bestätigt.<br /> <br /> Trotz der Einschränkungen liefert der Versuch wichtige Erkenntnisse über die Energieaufnahme und das Verhalten der Proben unter schlagartiger Belastung. Die gewonnenen Daten sind aussagekräftig genug, um als Vergleichsbasis für die weiteren Versuchsreihen mit äußeren Einflüssen wie Wasser oder Chemikalien verwendet zu werden.</div>

Maximilian Wimmer http://www.institut-fuer-kaffeetechnologie.de/Wiki/index.php?title=Festigkeit&diff=4482 2025-06-20T17:19:31Z

<p>Maximilian Wimmer: /* Versuchsaufbau und Hintergrund */</p> <hr /> <div>== Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 07.06.2025 ==<br /> <br /> In diesem Arbeitspaket werden die mechanischen Belastbarkeiten von 3D-Druck Teilen für eine Kaffeemaschine untersucht. Dabei werden sowohl die mechanischen Eigenschaften eines unveränderten Bauteils als auch dessen Verhalten unter Einflüssen wie ''Wasser'', ''Temperatur'' oder ''Chemikalien'' betrachtet.<br /> <br /> Das Ziel dieses Themas ist es, eine realitätsbezogene Analyse der mechanischen Beständigkeit 3D-gedruckter Bauteile zu erstellen. Die gewonnen Erkenntnisse können zur Materialspezifizierung oder Optimierung der Konstruktion führen.<br /> <br /> __TOC__<br /> <br /> == Versuchsaufbau ==<br /> <br /> === Ausgangspunkt: Unbehandelte Proben ===<br /> <br /> Nach dem Drucken werden Laborversuche an der Zugprüfmaschine und der Schlagbiegeprüfmaschine an unbehandelten Bauteilen getestet, um diese mit den Werten des Herstellers zu vergleichen, hier ist anzumerken, dass in den Datenblättern von GreenTEC-Pro die Prüfungen mit Spritzgussteilen und nicht 3D-Druckteilen durchgeführt wurden. Ebenso dienen diese Proben als Referenz für spätere Prüfungen mit Einflüssen.<br /> <br /> === Einflussfaktoren ===<br /> <br /> Anschließend werden die gleichen Versuche an Bauteilen mit Einflüssen, in diesem Fall ''Wasser'' in [[Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.1]], ''Temperatur'' in [[Einfluss von Temperatur auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.2]] und ''Chemikalien'' in [[Einfluss von Chemikalien auf Bauteilfestigkeit|Arbeitspaket 4.3]] durchgeführt und anschließend dokumentiert und analysiert.<br /> <br /> '''Einfluss von Wasser'''<br /> <br /> Der erste untersuchte Umwelteinfluss ist die Wirkung von Wasser. Hierbei wird experimentell was das Aussetzen von Wasser auf ein Bauteil über einen vorgeschriebenen Zeitraum für Wirkungen hat und wie sie dies auf seine mechanischen Eigenschaften auswirkt. Es wird ebenso überprüft, ob es zu geometrischen/optischen Veränderungen kommt.<br /> <br /> '''Einfluss von Temperatur'''<br /> <br /> Die Temperaturbeständigkeit spielt in einer Kaffeemaschine eine zentrale Rolle, hierbei werden folgende Punkte genauer betrachtet. Zuerst wird getestet, ob eine wiederholtes Erhitzen und abkühlen sich auf die Stabilität des Werkstoffes ausübt. Ebenso wird untersuchte wie sich die Festigkeit des Werkstoffes verhält einer definierten Temperaturen. Falls möglich werden die Temperaturbeständigkeit und Wasseraufnahme zusammen getestet, beispielsweise durch ein heißes Wasserbad, um eine realistisches Bild des Bauteilverhaltens in der Kaffeemaschine zu kriegen.<br /> <br /> '''Einfluss von Chemikalien'''<br /> <br /> Ein weiterer relevanter Einflussfaktor sind Chemikalien. Insbesondere Reinigungs- und Entkalkungschemikalien, die bei Kaffeemaschinen periodisch zum Einsatz kommen werden in Bezug auf Wirkung auf den Kunststoff untersucht. Hierfür wird das Bauteil über einen längeren Zeitraum in eine Lösung aus Wasser und Reinigungsmitteln gelegt. Anschließend wird es auf geometrische/optische Veränderungen überprüft. Zuletzt wird die Festigkeit analysiert, um mögliche Materialschäden oder Beeinträchtigungen der Festigkeit festzustellen.<br /> <br /> == Projektfortschritt ==<br /> <br /> In den ersten Wochen wurde intensive Recherche betrieben. Zuerst wurde das Material GreenTEC-Pro genauer untersucht. Hierfür standen einige Datenblätter zu Verfügung, die einen guten Einblick in die verschiedenen Eigenschaften des Materials geben. <br /> <br /> === Auswahl der Festigkeitsprüfverfahren ===<br /> <br /> Auch die geplanten Festigkeitsprüfungen wurden genauer betrachtet, insbesondere in den Punkten Durchführung und Grund ihrer Auswahl.<br /> <br /> '''Zugversuch''': zur Bestimmung von Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul <br /> <br /> '''Schlagbiegeversuch''': zur Bewertung von Schlagzähigkeit unter plötzlicher Belastung<br /> <br /> === Vermutungen in Bezug auf Einflüsse ===<br /> <br /> Eine Recherche der Einflüsse bei ähnlichen Kunststoffen wie PETG, lässt vermuten das die spezifischen Einflüsse folgende Resultate bringen werden:<br /> <br /> '''Wasseraufnahme''': Leichte Reduzierung der Festigkeit und Zähigkeit. GreenTEC-Pro wird als sehr Wasserresistent angeworben, weshalb nur geringe Änderungen zu vermuten sind.<br /> <br /> '''Temperatur''': Je höher die Temperatur steigt, desto stärker nehmen Steifigkeit und Layerhaftung ab. Speziell im Bereich der VICAT-grenze (160°C) ist mit einem deutlichen Verlust an Festigkeit und Formstabilität zu rechnen.<br /> <br /> '''Chemikalien''': Der Werkstoff ist laut Datenblatt insbesondere gegenüber starken Oxidationsmitteln wie Chlor anfällig. Bei der Exposition gegenüber solchen Chemikalien ist mit einer deutlichen Reduktion der Festigkeit sowie mit optischen Veränderungen (z.B. Verfärbungen, Mattierung der Oberfläche) zu rechnen.<br /> <br /> === Druck der ersten Prüfkörper ===<br /> <br /> In dieser Phase wurden erste Prüfkörper für die anstehenden mechanischen Tests vorbereitet (gesliced), um sie anschließend Drucken zu können.<br /> <br /> Die verwendeten Slicing-Parameter für die ersten Bauteile setzen sich aus '''100% Infill mit geradlinigem Füllmuster''', einer '''Layerhöhe von 0,1 mm''' und einer verwendeten '''Düsengröße von 0,4 mm''' bei dem '''Drucker Prusa MK4S''' zusammen. <br /> <br /> Der Fokus zu diesem Zeitpunkt liegt auf reine Materialeigenschaften, Geometrieanpassung folgen ggf. in späteren Schritten.<br /> <br /> Die zu erwartenden Festigkeitswerte orientieren sich an den Herstellerangaben im Datenblatt von GreenTEC-Pro. Aufgrund des verwendeten FDM-Druckverfahrens sowie typischer Abweichungen (z. B. durch Layeraufbau und Inhomogenität) wird mit leicht reduzierten Werten gerechnet, besonders in Bezug auf ''Zugfestigkeit'' und ''Schlagzähigkeit''<br /> <br /> == Erste Laborversuche ==<br /> <br /> === Labor Einweisung und Drucken der Proben ===<br /> <br /> Zu Beginn der ersten Laborwoche erfolgte eine Einweisung in die Laborvorschriften sowie in die Bedienung der Maschinen, mit denen der Festigkeitsnachweis durchgeführt wird. Ebenso wurden die Prüfproben mittels 3D-Druck gefertigt, jeweils sechs Stück für die Zug- und Schlagbiegeprüfung.<br /> <br /> === Zugprüfung ===<br /> <br /> In der darauffolgenden Woche wurden die ersten Versuche durchgeführt. Ziel war es einerseits, die im Datenblatt angegebenen Materialeigenschaften zu verifizieren und andererseits eine Basis für weitere Versuche mit Einflüssen zu schaffen.<br /> <br /> Die sechs Zugprüfungen verliefen ohne große Komplikationen und es kam zu den in [Bild 1] gezeigten Werten. Die eingezeichneten Daten in ein Spannungs-Dehnungsdiagramm finden sich in [Bild 2], sowie eine detaillierte Gegenüberstellung der Daten aus der Laborarbeit und dem Datenblatt in [Tabelle 1].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;180&quot;&gt;<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Datensatz2.png|Bild 1: Zugversuchdaten der ersten Versuche, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche Erster Versuch Diagramm.png| Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm des Zugversuchs<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Tabelle 1:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Laborversuch !! Datenblatt !! Veränderung<br /> |-<br /> | E-Modull E&lt;sub&gt;t&lt;/sub&gt; (MPa) || ~3829 || 4300 || ↓ ca. 12,3 %<br /> |-<br /> | Streckgrenze σ&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (MPa) || ~40,5 || 58 || ↓ ca. 30,2 %<br /> |-<br /> | Streckdehnung ε&lt;sub&gt;y&lt;/sub&gt; (%) || ~2,02 || 2,8 || ↓ ca. 27,9 %<br /> |-<br /> | Bruchspannung σ&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt; (MPa) || ~32 || 53 || ↓ ca. 39,6 %<br /> |-<br /> | Technische Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt; (%) || 3,5 || 3,4 || ≈ Gleich<br /> |}<br /> <br /> Es lässt sich feststellen, dass die meisten Messwerte im erwarteten Bereich liegen, jedoch etwas schlechter ausfallen als die Angaben im Datenblatt. Dies lässt sich auf mehrere Faktoren zurückführen: Zum einen schwankt die Qualität von 3D-Druckmaterialien und der Druckprozess selbst unterliegt gewissen Ungenauigkeiten. Zum anderen sind die im Datenblatt angegebenen Werte häufig optimistisch und repräsentieren die bestmöglichen Ergebnisse. Außerdem ist erneut zu erwähnen, dass die Datenblattwerte an Spritzgussteilen ermittelt wurden, während die hier repräsentierten Prüfungen mit 3D-gedruckten Bauteilen durchgeführt wurden.<br /> <br /> === Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Anschließend folgte die Schlagbiegeprüfung. Zunächst wurde ein 2 J-Hammer verwendet da der kleinstmögliche Hammer, der das Bauteil noch durchschlägt, die besten Werte liefert. Dieser durchschlug nahezu das gesamte Bauteil, lediglich die letzte Schicht blieb intakt. Daher wurde ein stärkerer 5 J-Hammer eingesetzt. Doch auch hier konnte die letzte Schicht nicht durchbrochen werden.<br /> Bei genauerer Analyse zeigte sich, dass es sich vermutlich um ein drucktechnisches Problem handelt. Eine alternative Druckmethode könnte dieses Verhalten möglicherweise verhindern. In realen Anwendungen stellt diese zusätzliche Schicht vermutlich keinen Nachteil dar, im Gegenteil, sie könnte stabilisierend wirken. Für standardisierte Festigkeitsprüfungen jedoch ist sie problematisch.<br /> <br /> Bildmaterial zur Schlagbiegeprüfung mit Scharnierbruch, siehe [Bild 3] und [Bild 4].<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;150&quot;&gt;<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 1.jpg|Bild 3: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> Datei:Schanierbruch Schlagbiegeprobe Versuche1 2.jpg|Bild 4: Scharnierbruch bei Schlagbiegeprobe V1<br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> Die erarbeiteten Daten [Bild 5] aus dem Schlagbiegeversuch: <br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch_Versuch1.png|mini|600px|zentriert| Bild 5: Schlagbiegeversuchdaten V1 der ersten Versuche, unbehandelt]]<br /> <br /> Hier ist ein bemerkenswerter Unterschied zwischen den beiden Messergebnissen zu erkennen, da es statt des erwarteten vollständigen Bruchs zu einem Scharnierbruch kam, vermutlich verursacht durch den Schichtaufbau beim 3D-Druck.<br /> Das Laborergebnis zeigte eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 14,3 kJ/m², während das Datenblatt von GreenTEC-Pro einen Wert von 4 kJ/m² angibt. Damit liegt der gemessene Wert deutlich höher als der Referenzwert, was sich vermutlich durch den unvollständigen Bruch und die damit verbundene zusätzliche Energieaufnahme erklären lässt.<br /> <br /> Es ist eine Wiederholung der Versuche mit veränderter Probenstruktur vorgesehen.<br /> <br /> === Angepasste Schlagbiegeprüfung ===<br /> <br /> Um die Schlagbiegeprüfung zuverlässiger auf das Bruchverhalten des verwendeten Materials abzustimmen, wurde das Prüfkörperdesign im Slicer gezielt angepasst. Ziel war es, einen vollständigen und sauberen Bruch an der Kerbe zu erzielen, statt eines untypischen Scharnierbruchs durch druckbedingte Verstärkungen in den oberen Schichten.<br /> <br /> Zu diesem Zweck wurden unter anderem folgende Änderungen vorgenommen:<br /> <br /> *Reduzierung der massiven Schicht an Ober-/Unterseite → Schichtdicke erwies sich als entscheidender Faktor für das Auftreten eines Scharnierbruchs<br /> *Bautteil um 180° gedreht → mit neuer Ausrichtung kann eine dickere Grundschicht beibehalten werden, ohne den Bruchverlauf negativ zu beeinflussen<br /> *Reduzierung des Füllgrades auf 70 % → Vermeidung übermäßiger Materialverdichtung und fördert ein Bruchverhalten<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 gesliced.png|mini|Bild 6: Schlagbiegeprobe V2 gesliced]]<br /> <br /> Die genauen Unterschiede finden sich hier:<br /> <br /> Tabelle 2:<br /> {| class=&quot;wikitable&quot;<br /> ! Parameter !! Vorher !! Nachher<br /> |-<br /> | Ausrichtung der Probe || Kerbe nach oben || Kerbe nach unten<br /> |-<br /> | Top Layer Schichten || 8 Schichten || 1 Schicht<br /> |-<br /> | Top Layer Schalenstärke || 0,7 mm || 0,2 mm<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schichten || 7 Schichten || 2 Schichten<br /> |-<br /> | Bottom Layer Schalenstärke || 0,4 mm || 0,5 mm<br /> |-<br /> | Perimeter || 0,3 mm || 0,1 mm<br /> |-<br /> | Infill || 100% || 70%<br /> |}<br /> <br /> == Zweiter Laborversuch ==<br /> <br /> === Erweiterung der Zugprüfung auf Z-Richtungsbelastung ===<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch Hochkannt gesliced 33.png|mini|100px|rechts| Bild 7: Zugprobe Hochkannt gedruckt, gesliced]]<br /> <br /> In realen Anwendungen wirken mechanische Kräfte nie nur aus einer einzigen Richtung. Es treten meist Belastungen verteilt und gleichzeitig aus verschiedenen Richtungen auf, wobei sie oft stark in bestimmte und vergleichsweise eher schwach in andere resultieren. Die bislang durchgeführten Zugversuche beschränkten sich auf flach gedruckte Proben, bei denen die Last hauptsächlich in der X- und Y-Richtung aufgenommen wird.<br /> <br /> Im weiteren Projektverlauf wurde daher beschlossen, zusätzlich auch hochkant (in Z-Richtung) gedruckte Zugproben [Bild 7] herzustellen und zu prüfen. Diese sollen gezielt die Schichtanhaftung sowie die mechanische Festigkeit in Z-Richtung untersuchen, da diese Richtung im 3D-Druckverfahren häufig eine Schwachstelle darstellt. Durch die Kombination beider Prüfrichtungen (XY und Z) entsteht ein ganzheitlicheres Bild der Materialeigenschaften unter realitätsnahen Belastungsbilder.<br /> <br /> === Versuchsergebnisse ===<br /> <br /> Nach dem ersten Versuch wurde deutlich, dass die Messergebnisse in ihrer aktuellen Form nur eingeschränkt aussagekräftig sind. Die Prüfteile versagten aufgrund der schwachen Schichthaftung in Z-Richtung sehr plötzlich, wodurch die Traverse der Zugprüfmaschine nicht weit genug fahren konnte um die Festigkeitsdaten des Bauteils zu erfassen. Aus diesem Grund wurde die nominelle Bruchdehnung (auch technische Bruchdehnung) ε&lt;sub&gt;tb&lt;/sub&gt;, in die Datenerfassung aufgenommen. Sie ist zwar nicht so präzise wie die tatsächliche Bruchdehnung ε&lt;sub&gt;b&lt;/sub&gt;, da sie logarithmisch aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm errechnet wird, liefert aber eine gute Orientierung bezüglich des Dehnungsbereichs und reicht aus, um Vergleiche zwischen den Probenserien zu ermöglichen. Bei dem Vergleich der beiden Spannungs-Dehnungsdiagramme aus [Bild 2] und [Bild 9] ist dieser Unterschied ebenfalls eindeutig zu erkennen. Bei den Bauteilen die Hochkant gedruckt wurden, ist weder Spannung noch Dehnung ansatzweise so stark ausgeprägt wie bei den Flachgedruckten Bauteilen.<br /> <br /> Dies zeigt sich auch an der sehr niedrigen Bruchdehnung von lediglich 0,7 % bis 1,4 %, was auf ein ausgeprägt sprödes Versagensverhalten hinweist. Trotz dieser Einschränkungen sind die vorhandenen Ergebnisse keinesfalls wertlos, denn sie liefern eine grundlegende Referenz für spätere Versuche unter Einfluss von Umweltfaktoren und können als Vergleichsbasis zur qualitativen Bewertung herangezogen werden.<br /> <br /> Auffällig ist, dass die letzte Probe deutliche Abweichungen im Vergleich zu den ersten beiden aufweist. Diese Probe wurde mit einem neuen Filament gefertigt, wodurch geringe Unterschiede entstehen können. Wahrscheinlicher ist jedoch, dass die Daten sich unterscheiden weil ein Knoten im Filament vorlag, was die Druckqualität einzelner Bauteile negativ beeinflusst hat. Während sich dies bei den Zugproben kaum bemerkbar machte, war der Effekt bei einigen Schlagbiegeproben deutlich sichtbar, was sich auch in den späteren Prüfergebnissen widerspiegelt.<br /> <br /> &lt;gallery mode=&quot;packed&quot; heights=&quot;200&quot;&gt;<br /> Datei:Schlagbiegeversuch Versuch1 Z.png|Bild 8: Zugprüfungsergebnisse Z-Richtung, unbehandelt<br /> Datei:Zugversuche hochkannt diagramm.png|Bild 9: Spannungs-Dehnungsdiagramm für Zugprüfung Z-Richtung, unbehandelt <br /> &lt;/gallery&gt;<br /> <br /> == Wiederholung Schlagbiegeversuch ==<br /> <br /> === Versuchsaufbau und Hintergrund ===<br /> <br /> Für die Wiederholung des Schlagbiegeversuchs wurde erneut ein Pendel mit einem 5 Joule-Hammer verwendet. Im Vergleich zum ersten Versuch kamen diesmal angepasste Proben zum Einsatz, die gezielt so konstruiert wurden, dass sie leichter versagen sollten. Ziel war es, den zuvor beobachteten Scharnierbruch zu vermeiden und stattdessen einen vollständigen Werkstoffbruch zu erreichen.<br /> <br /> Trotz dieser Anpassung trat jedoch erneut ein Scharnierbruch auf. Dies bestätigt die Annahme, dass sich 3D-gedruckte Bauteile, insbesondere im FDM-Verfahren, nur eingeschränkt für klassische Schlagbiegeversuche eignen. Der werkstofftypische Faseraufbau (Schicht-für-Schicht-Aufbau) sorgt trotz des spröden GreenTEC-Pro Materials für eine erhöhte Elastizität und verhindert somit eine vollständige Trennung der Probe unter Schlagbelastung.<br /> <br /> [[Datei:Schlagbiegeversuch V2 Daten.png|mini|600px|zentriert| Bild 10: Schlagbiegeversuchdaten V2, unbehandelt]]<br /> <br /> === Ergebnisse ===<br /> <br /> Die angepasste Schlagbiegeprobe hat im Vergleich zum ersten Versuch deutlich bessere Ergebnisse geliefert und nähert sich den im Datenblatt angegebenen Werten für die Kerbschlagzähigkeit an. Während im Datenblatt ein Wert von etwa 4 kJ/m² genannt wird, konnte im zweiten Versuch eine durchschnittliche Kerbschlagzähigkeit von 9,95 kJ/m² [Bild 10] erreicht werden. Dies zeigt, dass die Modifikationen am Probenkörper eine Verbesserung bewirkt haben. Dennoch wurde der gewünschte vollständige Bruch erneut nicht erreicht – stattdessen trat wieder ein Scharnierbruch auf, was die typischen Schwächen von 3D-gedruckten Proben bei dieser Prüfart bestätigt.<br /> <br /> Trotz der Einschränkungen liefert der Versuch wichtige Erkenntnisse über die Energieaufnahme und das Verhalten der Proben unter schlagartiger Belastung. Die gewonnenen Daten sind aussagekräftig genug, um als Vergleichsbasis für die weiteren Versuchsreihen mit äußeren Einflüssen wie Wasser oder Chemikalien verwendet zu werden.</div>

Maximilian Wimmer