Het verbeteren van de betrouwbaarheid en voorspelbaarheid van de 3DXL printtechniek met behulp van een gebruiksvriendelijke FEM-solver

Met het BAAM- (Big Area Additive Manufacturing) of 3DXL-printproces kunnen groot formaat producten geprint worden met granulaat van vezelversterkte thermoplasten. Voor succesvolle toepassing van het 3DXL-printproces door de industrie zijn betrouwbare prestaties nodig met een hoge mate van stabiliteit en voorspelbaarheid. In dit project wordt getracht de betrouwbaarheid en voorspelbaarheid van de 3DXL printtechniek te verbeteren door het ontwikkelen en valideren van een methode om statische mechanische performance van geproduceerde producten te simuleren met een gebruiksvriendelijke FEM-solver.
In het werkveld is weinig tot beperkte kennis aanwezig om de lineaire- en niet-lineaire statische mechanische performance van 3DXL geprinte producten te kunnen simuleren en mist de externe referentie uit het werkveld om de gebruikte methodes en resultaten te valideren. Het simuleren van statische belastingen met een FEM solver helpt om voorspellingen te kunnen doen over de geschiktheid van een component of constructie voor een specifieke belastingsituatie, onder invloed van tijd en Temperatuur. Hierdoor kunnen optimale dimensies gevonden worden, zonder dat het component of constructie daadwerkelijk is geproduceerd. Voor het simuleren van statische belastingen met een FEM solver is het noodzakelijk om bepaalde materiaaleigenschappen te kwalificeren en in te voeren in een transverse isotroop materiaalmodel. Het gebruikte productmodel en de solver zullen geoptimaliseerd moeten worden voor de 3DXL toepassing. De resultaten uit de simulaties moeten vergeleken worden met resultaten uit testen. De partners binnen dit project behoren tot de koplopers in de Noordelijke regio op het gebied van 3DXL productie. Het Centre of Expertise Smart Sustainable Manufacturing van de NHL Stenden University voert sinds 2020 onderzoek uit naar de 3DXL-printtechniek met drie zelf-ontwikkelde onderzoekssystemen in Emmen en Leeuwarden. NedCam Solutions B.V. is een internationale speler op het gebied van complexe mallenbouw en composiet constructies. Paques Europe B.V. maakt met de 3DXL printtechniek unieke onderdelen voor de turbines van afvalcentrales.

Eindrapportage

Met het BAAM- (Big Area Additive Manufacturing) (i.e. 3DXL-printproces) kan het Lectoraat Smart Sustainable Manufacturing van de NHL Stenden groot formaat producten printen met granulaat van vezelversterkte thermoplasten. Voor succesvolle toepassing van het 3DXL-printproces door de industrie zijn betrouwbare prestaties nodig met een hoge mate van stabiliteit en voorspelbaarheid. In dit project wordt getracht de betrouwbaarheid en voorspelbaarheid van de 3DXL printtechniek te verbeteren door het ontwikkelen en valideren van een methode om statische mechanische performance van geproduceerde producten te simuleren met een gebruiksvriendelijke FEM-solver.

Het simuleren van statische belastingen met een FEM solver helpt om voorspellingen te kunnen doen over de geschiktheid van een component of constructie voor een specifieke belastingsituatie. Hierdoor kunnen optimale dimensies gevonden worden, zonder dat het component of constructie daadwerkelijk is geproduceerd. Voor het simuleren van statische belastingen met een FEM solver is het noodzakelijk om bepaalde materiaaleigenschappen te kwalificeren en in te voeren in een transverse isotroop materiaalmodel.

In dit project zijn zowel kennis als vaardigheden ontwikkeld om de statische mechanische performance van 3DXL geprinte producten te kunnen vaststellen en simuleren. Voor het testen van verschillende mechanische eigenschappen zijn nieuwe apparatuur en instrumentarium aangeschaft en geïmplementeerd. Hierdoor kon het gebruikte materiaalmodel en de solver geoptimaliseerd worden voor de 3DXL toepassing. Er is ook gewerkt aan een oplossing voor het kunnen simuleren van complexere geometrieën. De resultaten van de testen zijn vergeleken met resultaten uit simulaties. Voor twee materiaalsoorten is het materiaalmodel vrijgegeven voor een bepaalde systeem- en parameterinstelling.

Er kunnen nu voorspellingen gedaan worden op basis van simulaties in het lineaire en niet-lineaire mechanische domein, tot breuk. Simulaties onder invloed van tijd en temperatuur zijn nog niet uitgevoerd.