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Februar 2017
Philipp Gingter
Entwicklung eines Keramik-Polymer-Kompositgranulates für das Selektive Maskensinterverfahren
Das Ziel dieser Dissertation war die Entwicklung eines pulverförmigen Keramik-Polymer-Kompositwerkstoffs, der mit Hilfe des Selektiven Maskensinterns (SMS) zu dreidimensionalen Strukturen verarbeitet werden kann. Das SMS-Verfahren ist ein neuartiges, pulverbettbasiertes Additives Fertigungsverfahren(AF), welches ursprünglich zur Herstellung von Kunststoffprototypen und -bauteilen entwickelt wurde. Im Gegensatz zu etablierten Verfahren wie dem Selektiven Lasersintern erfolgt der für die Konsolidierung des thermoplastischen Ausgangspulvers notwendige Energieeintrag flächig, durch die Verwendung von Infrarotstrahlung. Eine Maske, die zwischen Pulverbett und Infrarotstrahler platziert wird, definiert den jeweils zu belichtenden Bereich. Gegenüber den punktförmigen, laserbasierten AF bewirkt diese ganzflächige Belichtung des Pulverbetts eine erhebliche Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit.
Die Materialsystementwicklung erfolgte auf der Basis von Aluminiumoxidpulver unterschiedlicher Partikelgröße sowie verschiedener amorpher und teilkristalliner. Um eine homogene und hinsichtlich der Zusammensetzung definierte Kombination der Keramik- und Polymerkomponente zu realisieren, wurde ein Sprühtrocknungsverfahren eingesetzt. Ausgehend von hochkonzentrierten, strukturviskosen Keramik-Polymer-Dispersionen konnten Kompositgranulate hergestellt werden, deren verarbeitungsrelevante Eigenschaften insbesondere durch die Art und Menge des enthaltenen Thermoplasts sowie durch die Aluminiumoxid-Primärpartikelgröße beeinflusst werden. Stabile, dreidimensionale Prüfkörper sowie geometrisch komplexe Prototypen konnten auf Basis eines Aluminiumoxid-Polyethylenwachs-Granulats realisiert werden.
Die Materialsystementwicklung erfolgte auf der Basis von Aluminiumoxidpulver unterschiedlicher Partikelgröße sowie verschiedener amorpher und teilkristalliner. Um eine homogene und hinsichtlich der Zusammensetzung definierte Kombination der Keramik- und Polymerkomponente zu realisieren, wurde ein Sprühtrocknungsverfahren eingesetzt. Ausgehend von hochkonzentrierten, strukturviskosen Keramik-Polymer-Dispersionen konnten Kompositgranulate hergestellt werden, deren verarbeitungsrelevante Eigenschaften insbesondere durch die Art und Menge des enthaltenen Thermoplasts sowie durch die Aluminiumoxid-Primärpartikelgröße beeinflusst werden. Stabile, dreidimensionale Prüfkörper sowie geometrisch komplexe Prototypen konnten auf Basis eines Aluminiumoxid-Polyethylenwachs-Granulats realisiert werden.
Schlagwörter: Additive Fertigung; Keramik; 3D Druck; Aluminiumoxid
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