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Zeitstandversuche an 3D-gedruckten Kunststoffschäumen
Prüfmaschine für die Prüfung additiv gefertigter Schaumstoffkomponenten
Additiv gefertigte Schaumstoffkomponenten halten Einzug in die unterschiedlichsten Branchen und Anwendungsfelder. Sie sind flexibel, komfortabel, leicht und können individuell angepasst werden.
Zur Erforschung und Weiterentwicklung der Eigenschaften der Materialien sowie der Porenstrukturen der Schäume wird am Lehrstuhl für Festkörpermechanik der Universität Siegen eine Universalprüfmaschine inspekt duo eingesetzt. Die Prüfmaschine ist ausgestattet mit Druckplatten für die Durchführung der Materialprüfungen.
Neben einfachen Druckversuchen werden insbesondere auch Zeitstandversuche bzw. Kriechversuche oder Retardationsversuche durchgeführt. In diesem speziellen Anwendungsfall werden die Zeitstandversuche an den Schaumstoffproben bei Raumtemperatur durchgeführt – anders als es zum Beispiel bei Kriechversuchen an den meisten Metallen der Fall ist.
Die Zeitstandversuche dienen der Ermittlung des Kriechverhaltens der Kunststoffe unter einer konstanten Beanspruchung. Beim Zeitstandversuch wird die Kraft bzw. Spannung für eine bestimmte Zeit konstant gehalten. Dabei nimmt die Dehnung zu, weil das Material fließt/kriecht. Die Prüfmaschine misst die Dehnung über den Verfahrweg. Die hohe Auflösung des Traversenwegmesssystems der Prüfmaschine inspekt duo (<0.025 µm) stellt die exakte Dehnungsmessung sicher.
Zudem wird die Prüfmaschine genutzt um Relaxationsversuche durchzuführen. Diese setzen eine konstante Deformation voraus, wobei im Versuch die Abnahme der Spannung in Abhängigkeit von der Zeit registriert wird. Im Detail wird beim Relaxationsversuch der Prüfling bis zu einer vorgegebenen Stauchung belastet. Dieser Zustand wird über eine definierte Zeit gehalten um anschließend den Kraft- bzw. Spannungsabfall zu messen.
Zur Versuchsdurchführung und -auswertung wird die universelle Werkstoff- und Bauteilprüfsoftware LabMaster eingesetzt. Die Prüfsoftware beinhaltet standardmäßig alle Funktionen um Zeitstandversuche und Relaxationsversuche einfach, komfortabel und übersichtlich durchzuführen. Um die Datenbank bei Langzeitversuchen schnell und handhabbar zu erhalten, kann in bestimmten Versuchsphasen die Datenerfassung reduziert werden. Meist sind während der Haltezeiten von Relaxationsversuchen für die Auswertung weniger Daten notwendig als beispielsweise bei der Lastaufbringung bzw. beim Entlasten. Für metallische zellulare Strukturen ermöglicht die hauseigene Prüfsoftware LabMaster auch Druckversuche nach DIN 50134.
Für die Forschung und Entwicklung werden mit der Prüfmaschine Probenkörper mit unterschiedlichen Porenstrukturen – von homogenen bis hin zu sehr inhomogenen Anordnungen – geprüft. Auch die Größe der Poren und der statischen Elemente ist variabel. Die Probenkörper für die Materialprüfung werden jeweils mit einem 3D- Kunststoffdrucker hergestellt.
