CAPE

• Spannungs-Dehnungsdiagramm mit unterschiedlichen Zeitangaben
• Lässt Kriechverhalten und Relaxationsverhalten erkennen
• Ermöglicht bei bekannter Spannung die Dimensionierung des Teils bezüglich Kriechverhalten

• Kriechen = plastische Verformung von belasteten (Kunststoff-)teilen abhängig von der Zeit (oder der Temperatur)

Kriechgerechte Gestaltung

• Formschluss besser als Kraftschluss
• Formschluss zusätzlich zu Kraftschluss (Abstützung)
• Kompensation des Kraftverlustes durch andere Materialien z.B. Stahlfederring

• Materialauswahl (amorphe KS kriechen weniger)
• Faserverstärkung reduziert Kriechneigung
• Metalleinlagen reduzieren Zeitabhängigkeit

• KS haben höhere Wärmeausdehnung als Metalle
• Geringere Wärmeleitfähigkeit (und folglich höhere Wärmekapazität) als Metalle
• Allgemein haben Kunststoffe viel niedrigere Einsatztemperaturen als Metalle

Verhinderung von Spannungen durch Spiel für Wärmeausdehnung durch:

• Langloch
• Federnde Elemente
• Kompensation durch gleiche/gleichartige Werkstoffe
• Kunststoff-Metall-Verbundkonstruktionen

Aufgrund von zeitlich / örtlich unterschiedlicher:

• Abkühlung (durch gleichmäßige Wandstärken)
• Kristallinität (gleichmäßige Abkühlung ermöglichen s.o.)
• Orientierung (Angusse gleichmäßig verteilen / mehrere Angusse verwenden)
• Nachschwindung (Wanddicke dünn halten, kurze Fließwege – Positionierung d. Angusse)

Oder durch Überladen der Form

• Querschnittgeometrie
  • Zug/Druck – Vergrößerung der Fläche
  • Schub – kompakte QS
  • Biegung – Entfernung zur neutralen Achse; gekrümmte Flächen, Profile, Rippen, Sicken
  • Torsion - rippen

• Werkstoffsteifigkeit durch Faserverstärkung
• Inhomogene Werkstoffverteilung im Querschnitt durch Sandwich-Bauweise
• Mehrachsiger Spannungszustand

• Optimale Steifigkeit
• Maximale Belastbarkeit
• Minimale Kriechneigung
• Minimale Wärmeentwicklung

• Duroplaste (Kunstharze)
• Elastomere (Kautschuk, EPDM)
• Amorphe Thermoplaste (PS, PC, PVC)
• Teilkristalline Thermoplaste (PE,PP,POM,PA)

• Unterscheidbarkeit einzelner Komponenten (Bauteile)
• Definierte Lage des Formteils zwischen den Operationen
• Greifen des Formteils mit Handhabungsgerät
• Fixieren des BT bei Bearbeitungsvorgängen (z.B. Fügen, Bedrucken)
• Volumenarmes Lagern

• Gleiche Wanddicken, so dünn wie möglich
• Keine Massenanhäufungen
• Ausreichend Radien
• Steifigkeit durch Rippen
• Keine ebenen Flächen
• Ausreichende Entformungsschrägen
• Verfahrensgerechtes Formteildesign

• Bei unterschiedlichen Abkühlungsgeschwindigkeiten
  • Bei Wanddicken > 4mm
  • Bei Massenanhäufungen
  • Ecken ohne Radien – Winkelverzug

• Ausreichend dünne wandstärken oder durch Prozesseinstellungen à temperiertes Werkzeug
• Aussparungen bei potenziellen Massenanhäufungen
• Ecken und Kanten mit Radien versehen

• Zweiseitiger Werkzeugkontakt an den ecken
• Daher schnellere Abkühlung im Außenbereich der Ecke als im Innenbereich
• Radien Anbringen
• Wand dicker ausgestalten als die Ecke

• Keine Ecken, zwecks Eckenverzug
• Deshalb Übergang à Massenanhäufung
• Deshalb Radialer Übergang oder Auskernung

• Unterschiedliche Abkühlungsgeschwindigkeit à Unterschiedliche Schwindung à Eigenspannungen à Verzug
• Verursacht durch: 
  • Wanddickenunterschiede
  • Ecken
  • Flächen
  • Rippen/Wanddicken unterschied

• Erhöhen die Steifigkeit
• Wanddickenreduktion
• Zykluszeitreduktion
• Sollten in Richtung der Hauptbelastung und des Fließens ausgelegt werden
• Massenanhäufungen an Kontaktflächen zur Wand besonders vermeiden
• Bei Rippenkreuzungen Massenanhäufungen durch Sternverkreuzung mit Loch vermeiden
• Einfallstellen auf ggenüberliegenden Seiten verhindern (Mehrere Dünne rippen, Ziernut, Zierrippe, Wanddickenreduktion beim übergang, Kantenrippen)

• Biegefest: I- und T-Träger
• Torsionsfest: möglichst viele Schrägverrippungen

• Hinterschneidungen längs zur Entformungsrichtung ausführen!
• Hinterschneidung winkelig ausführen
• Zwangsentformung
• Schieber
• Spreizkern
• Faltkern

• Weil sie die Entformung behindern
• Weil Werkzeuge extrem teuer sind und durch zusatzelemente wie Schieber, Spreizkern oder Faltzkern noch teurer werden

• Reduktion der Einzelteile
• Komplexe Bauteilgestalten
• Geeignet für: feinwerktechnische Konstruktionen, komplexe Massenteile mit geringstmöglicher Montagearbeit
• Besondere Elmente wie:
  • Filmgelenke
  • Federn
  • Schnappverbindungen
  • Kippscharniere
  • Stoff- & Formschlüssige Gelenke

• Geringe Flächenträgheitsmomente – geringe Steifigkeit
• Geringe Spannungen reichen für Flächenverzug
• Vermeidung durch abgestufte Zonen

• Bewertung der Planung, Definition, Idee
• Zieldefinition
• Entwicklung Lastenheft

• Entwurf/Design
• Konstruktion
• Berechnung

Jeweils von der Grob zur Feingestaltung, zur Berechnung, zur Bewertung (iterativ)

• Erprobung - Abschließende Überprüfung; Dokumentation

Lastenheft (Auftraggeber) --- Pflichtenheft (Auftragnehmer) --- Anforderungsliste (Produkt)

Solleigenschaften des Produkts geteilt in Forderungen und Wünsche zur Vermeidung von Fehlentwicklungen

1. Definition der Ausgangssituation: Anforderungsliste mit Forderungen (z.B. Schlagzähigkeit und Temperaturstabilität) und Wünschen (Farbe)
2. Recherche mittels Datenbank nach passenden Materialien (Campus)
3. Wirtschaftlichkeitsanalyse – Wanddicke, Fertigungszeit, SG-Bedingungen, Vorbearbeitung des Granulats, Angussabfäle ---- Durch Prototypen, Prüfkörper, Materialtests
4. Klassifizierung der möglichen Werkstoffe und Einbezug externer Erfahrungen mit den jeweiligen Werkstoffen
5. Definition material

• Kurze Produktentwicklungszeit
• Niedrige Produktentwicklungskosten
• Produkt- und Prozessqualität erhöhen

Steigerung der Prduktentwicklungsqualität durch:

• Simultaneuous Engineering
• Informationsaustausch via Datenbank
• Frühzeitige Definition der Konstruktionsmerkmale
• Motivation der Teams

• Konstruktion (CAD)
• Simulation mechanischer Beanspruchungen (FEM)
• Strömungssimulation (CFD)
• Thermische Simulation (FEM, CFD)
• Qualitätssicherung (CAQ)
• Fertigungsprozesssimulation (Mold Flow)

• Aus einem bestehenden Modell/Bauteil ( z.B. Plastik vom Designer) wird durch Digitalisierung ein CAD-Modell generiert.
• Das CAD-Modell kann dann zur Weiterentwicklung des Produkts oder zur Konstruktiven Ausgestaltung eines ähnlichen Produkts genutzt werden.

3D- Vermessung eines Objekts und Generierung digitalen Modells dieses Objekts

Das digitale Modell kann dann weiterverwendet werden:

• Zur Konstruktion
• Zur Kopie via NC oder RP
• Zur QS durch digitale Vermessung

Ist ein 3D-Scan mittels Röntgenstrahlen

• Sichtbarkeit von Innenliegenden Strukturen
  • Zerstörungsfreies vermessen von innenliegenden Bauteilen
• Verkürzung Produktentwicklungszyklus
  • Schnell
  • Hochgenau
  • Für Bauteile UND Baugruppen

• Mechanische
• Thermische
• Optische
• Elektrische
• Tribologische

Für Tragende Teile v.A. Mechanische eigenschaften und ggf. je nach Umgebungsbedingnen Thermische und Chemische

Mechanische Eigenschaften:

• Härte
• Dichte
• Festigkeit
• Steifigkeit
• Elastizität
• Plastizität
• Risszähigkeit
• Schlagzähigkeit

• Umsetzung der Anforderungen in (quantitative) Kennwerte (Größen)
• Änderungen des Suchprofils durch neue Entwicklungen, zusätzliche Anforderungen
• Unterschiedliche Prüfverfahren und Bedingungen bei Kennwertermittlungen (Datenblätter von zwei Herstellern)
• Fehlen von Produktinformationen (z.B. Kennwerte bei bestimmten Umweltbedingungen)

Hilfsmittel:

• Datenbanken
• Datenblätter
• Konkurrenz
• Rohstofflieferanten
• Fachliteratur
• Laborversuche

• Computer Aided Material Preselection by Uniform Standards
• Datenbank mit Kunststoff-Rohstoffen verschiedener Hersteller und deren Kenndaten
• nach einheitlichen Testmethoden (Testkörper, Prüfbedingungen, Datenblätter) erhoben

• Computerprogramm
• Finden, auswählen, Vergleichen von Materialdaten
• Graphischer Vergleich von unterschiedlichen Materialgruppen (Metalle, Kunststoffe, Keramiken, Hölzer)
• Bezüglich unterschiedlichster Kenngrößen

Generative Fertigungsverfahren sind alle Fertigungsverfahren und Technologien, welche, basierend auf CAD-Daten, Teile aus formlosem Material formen:

• RP – Rapid Prototyping
• RM – Rapid Manufacturing
• RT – Rapid Tooling

• Anschauungsmodelle (Proportionen, Design)
• Kommunikationsmodelle (Präsentation, Dokumentation, Marktstudien)
• Funktionsmodelle (Ergonomie, Festigkeit, Wirkprinzip, Strömungsmechanik)
• Prozessmodelle (Montage, Betriebsmittel, Urmodell)

Stereolithographie:

• Flüssiges Ausgangsmaterial (Harz)
• Polymerisation durch UV-Laser (Photopolymerisation) an der Harzoberfläche
• Laser über Computergesteuertes Spiegelgalvanometer geführt
• Absenken des Bauteils
• Nachhärten im UV-Schrank

Vorteile:

• Sehr genaues RP-Verfahren
• Hohlräume können mit Drainageöffnung en entleert werden

Nachteile:

• An photosensitives Material gebunden (Festigkeit, Elstizität, Temp)
• Nachträgliche Aushärtung nötig
• Stützkonstruktionen nötig

• FDM – Fused Deposition Modelling
• Thermoplastisches Baumaterial = ähnlich oder gleich SG-Material

SLS – Selective Laser Sintern

• Pulver nahe an den Schmelzpunkt erhizen
• Punktweise verschmelzen mit CO2-Laser
• Laser über PC-gestütztes Spiegelgalvanometer geführt
• Kunststoffpulver
• Mehrkomponenten Metall-Polymerpulver – Grünling
• Mehrkomponenten Glaskugel-Polymer, Karbonfaser-Polymer

Vorteile:

• Keine Stützkonstruktion nötig
• Bauteile möglich die nicht anders hergestellt werden können
• Hohe Stabilitäten durch Gitterkonstruktionen Möglich
• RM – z.B. Wirbelsäulenimplantate
• Viele Materialien möglich

Nachteile:

• Genauigkeit durch Pulverkörnung begrenzt
• Aufheizen ist zeitintensiv
• Ankleben benachbarter Teilchen – Pelz
• Hohlräume sind schwierig zu Reinigen

FDM – Fused Deposition Molding:

• Thermoplastisches Material
• Entlang der Bauteilgeometrie extrudiert
• 2D-Plotter führt Extrudierdüse
• Ballistisches Verfahren möglich

Vorteile:

• Großes Volumen / zeit
• Seriennahe Werkstoffe
• Einfach, sauber im Büro verwendbar
• Kein Materialabfall

Nachteile:

• Feine Rippen nicht umsetzbar
• Ansatzpunkte sichtbar