Development of feedstocks for extrusion based additive manufacturing for catalytic debinding

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Additive Fertigung gewann, vor allem in den letzten Jahren, an Interesse. Besonderes Augenmerk fiel dabei auf die Herstellung von metallischen Teilen. Die klassischen Methoden zur additiven Fertigung von Metallteilen wie „Selective Laser Sintering“ (SLS) sind meist sehr kostspielig aufgrund der Hochleistungsenergiequellen, welche für solche Techniken verwendet werden. Neueste Entwicklungen im Bereich von hochgefüllten Polymersystem zeigten eine Möglichkeit der Herstellung von Metallteilen über die „Fused Filament Fabrication“ (FFF) Methode auf. Die verschieden Prozessschritte wurden dabei von der Pulverspritzgusstechnik übernommen. Diese sind Compoundieren, Filamentherstellung, Formgebung, Entbindern und Sintern. Aufgrund dieser Prozesskette wird diese Technik auch als indirekte Methode bezeichnet. Diese Technologie befindet sich noch in der Entwicklungsphase, daher sind derzeit nur wenige Filamente am Markt zu finden, vor allem für katalytisch entbinderbare Polymersysteme. In dieser Arbeit wurde eine neue Komposition eines katalytisch entbinderbaren Bindersystems entwickelt. Dazu wurden die Materialien mit verschiedenen Techniken compoundiert und mit einem Metallpulver in einer Konzentration von bis zu 55 vol% vermischt. Filamente wurden aus diesem Feedstock hergestellt, welche beim 3D-Druck zu Einsatz kamen. Die Verarbeitbarkeit und die Auswirkungen der vorherigen Prozessschritte auf das Material wurden mit einer Thermogravimetrischen Analyse untersucht. Das Ziel dieser Arbeit war die Definition einer Compoundiermethode zur Herstellung des Feedstocks, die Produktion von Filamenten und die Untersuchung der Druckbarkeit in einem herkömmlichen 3D-Drucker. Es wurde gezeigt, dass die Materialien miteinander chemisch reagieren und ein wassersensibles Verhalten aufzeigen. Daher musste eine spezielle Reinfolge im Compoundierungsprozess angewandt werden um diese Reaktionen zu unterbinden. Es wurde weiters gezeigt, dass diese Filamente, je nach Herstellungsmethode kleine Abweichungen auf- zeigen, welche allerdings nur geringe Auswirkungen auf die Anwendung zeigten. In Bezug auf die Durchbarkeit des Materials wurden verschiedenen Prozessparameter variiert, um ein brauchbares Prozessfenster für das Material festlegen zu können. Daher wurden Vorschläge bezüglich der Druckoberfläche, Extrusionstemperatur und Druckgeschwindigkeit gegeben. Ein Versuchsplan wurde durchgeführt, um den Einfluss der Spurbreite und des Extrusionsverhältnisses auf das Bauteilgewicht und die Druckgenauigkeit geben zu können. Schlussfolgernd wurde mit Hilfe dieser Parameter die Füllung des gedruckten Teils optimiert.

Details

Titel in ÜbersetzungEntwicklung von Feedstocks für extrusions-basierte additive Fertigung für katalytische Entbinderung
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung28 Juni 2019
StatusVeröffentlicht - 2019