Einfluss von Wasser auf Bauteilfestigkeit
Ziel und Hintergrund, Maximilian Wimmer, 03.06.2025
Die Untersuchung der Wasseraufnahme dient der Analyse, inwiefern sich Feuchtigkeit auf das Materialverhalten der gedruckten Bauteile auswirkt. Dabei wird gemessen, wie viel Wasser das Bauteil über einen definierten Zeitraum aufnimmt. Im Anschluss werden potenzielle Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften, wie z. B. Festigkeit und Bruchverhalten, geprüft. Zusätzlich wird dokumentiert, ob es zu optischen oder geometrischen Veränderungen, in form von Aufquellen oder Schichtablösungen kommt.
Versuchsaufbau und Versuchsablauf
Versuchsaufbau
Zur Untersuchung des Einflusses von Wasser wurden insgesamt neun Probekörper verwendet, aufgeteilt in drei Gruppen:
- 3 flach gedruckte Zugproben
- 3 hochkant gedruckte Zugproben
- 3 Schlagbiegeproben
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.
Versuchsablauf
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.
Dokumentation und Beobachtungen
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.
Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass GreenTEC-Pro in Bezug auf Wasseraufnahme und dimensionsstabilem Verhalten unter den getesteten Bedingungen eine eher hohe Resistenz aufweist.
Laborversuche für Zugproben
Wie erwähnt wurden die Zugproben 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].
Bild 1: Zugversuchdaten des ersten Laborversuchs, Wasseraufnahme
Bild 2: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Flachgedruckten Zugstäbe
Bild 3: Spannungs-Dehnungsdiagramm der Hochkanntgedruckten Zugstäbe
Eine genauere Gegenüberstellung der Daten findet sich in [Tabelle 1]:
| Parameter | Ohne Einfluss | Nach Wasseraufnahme | Veränderung |
|---|---|---|---|
| E-Modull Et (MPa) | ~3829 | ~3417 | ↓ ca. 12 % |
| Streckgrenze σy (MPa) | ~40.5 | ~36,5 | ↓ ca. 10 % |
| Streckdehnung εy (%) | ~2,02 | ~2,05 | ≈ Gleich |
| Bruchspannung σb (MPa) | ~32 | ~26,1 | ↓ ca. 18 % |
| Technische Bruchdehnung εtb (%) | 3–4 | 3–4 | ≈ Gleich |
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.
Fazit
Die Zugversuche 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.