Development of electrically conductive resins for DLP printing applications

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Autoren

  • Viktoria Feigl

Abstract

Die Herstellung elektrisch leitfähiger Polymere und deren Verarbeitung mit Digital Light Processing 3D-Druck für die additive Fertigung von Multimaterial-Bauteilen könnte die Elektronikindustrie in naher Zukunft revolutionieren. Um diesem Ziel näher zu kommen wurden in der vorliegenden Arbeit elektrisch leitfähige Photopolymere durch den Zusatz von elektrisch leitfähigen Füllstoffen entwickelt. Im Zuge dessen wurden sowohl die Harzbasis, als auch das Füllstoffsystem optimiert. Aufgrund ihrer Viskositäten, passend für die Einarbeitung von Füllstoffen, wurden ein Epoxid- und ein Acrylatharz für die Experimente ausgewählt. Im Zuge der rheologischen Messungen konnte festgestellt werden, dass das Drucken bei 50 °C deutliche Vorteile hinsichtlich der Viskosität und des verarbeitbaren Füllgrades liefert. Als Füllstoffsystem wurden dendritische Kupferpartikel zusammen mit Kohlenstoffnanoröhrchen verwendet. Eine höhere Füllstoffkonzentration bedeutete zwar eine höhere elektrische Leitfähigkeit, führte dafür aber auch zu einer stärkeren Absorption des Lichts und damit zu einer Verlangsamung der photochemischen Reaktion. Dies zeigte sich nicht nur in den Ergebnissen der photo-dynamischen Differenzkalorimetrie, da die Enthalpie stark sank, sondern auch in den 3D-Druckversuchen. Durch die Verringerung der Eindringtiefe des Lichtes konnten die Harzlagen mit höhere Schichtdicke nicht mehr effizient gehärtet werden. Es konnte weiters gezeigt werden, dass die elektrische Leitfähigkeit nicht nur vom Füllgrad, sondern auch von der Matrix und vom Photoinitiatorgehalt abhängig ist. Dabei brachte eine höhere Konzentration an Photoinitiator bessere elektrische Leitfähigkeiten und wirkte sich außerdem auf Photopolymerisationsrate und Druckzeit positiv aus. Während allen Versuchen wurden ein ausgewähltes Epoxidharz und ein Acrylatsystem als Matrix miteinander verglichen und es konnte mehrfach derselbe Rückschluss gezogen werden. Das Acrylatharz führte aufgrund seiner erhöhten Reaktivität in der radikalischen Photopolymerisation zu besseren Ergebnissen, wie beispielsweise zu einer schnelleren und exothermeren Reaktion, einer geringeren benötigten Energie zur Aushärtung und einer höheren elektrischen Leitfähigkeit der gehärteten Materialien. Mit diesen Forschungen konnte somit eine Basis für zukünftige Studien gelegt werden und essentielle Informationen über erzielbare Füllstoffkonzentrationen mit den verwendeten Harzen gewonnen werden.

Details

Titel in ÜbersetzungEntwicklung von elektrisch leitfähigen Harzsystemen für DLP Druckanwendungen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung30 Juni 2023
StatusVeröffentlicht - 2023