TY - THES

T1 - Entwicklung gefüllter Photopolymere für die Additive Fertigung von Zinngussformen

AU - Hellmayr, Alexander

N1 - gesperrt bis 01-03-2028

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Im Werkzeugbau bietet das sogenannte ¿rapid tooling¿ eine Möglichkeit für die schnelle Fertigung von Werkzeugen und Formen für Kleinserien und Prototypen bei gleichzeitiger Reduktion von Kosten und Lieferzeiten. Im Vergleich zu herkömmlichen Materialien weisen additiv gefertigte Werkzeuge einige Nachteile auf, welche durch die Zugabe von Füllstoffen kompensiert werden können. In dieser Arbeit wurde mittels photochemischer Reaktionen ein hochtemperaturbeständiges interpenetrierendes Netzwerk (IPN) auf Acrylat-Epoxid Basis erzeugt. Zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit des Systems wurden Füllstoffe hinzugefügt und anschließend Formen für den Zinnguss gedruckt. Von sechs unterschiedlichen Füllstoffen wurde der Einfluss auf die Viskosität und die Aushärtungstiefe in Abhängigkeit von den Konzentrationen bestimmt, um die Verarbeitbarkeit in der additiven Fertigung zu überprüfen. Auf verschiedenen Druckersystemen wurden Prüfkörper zu Ermittlung der Druckparameter gedruckt und anschließend einer dynamisch mechanischen Analyse (DMA) zur Bestimmung der Glasübergangstemperatur (Tg) und des Speichermoduls (E`) unterzogen. Bei ausgewählten Systemen wurden die Temperaturleitfähigkeiten mittels Laser-Flash Analyse (LFA) bestimmt und über die Dichten sowie die spezifische Wärmekapazitäten die Wärmeleitfähigkeiten berechnet. Abschließend wurden zweiteilige Formen gedruckt und mehrere Gussversuche durchgeführt, wobei die Temperatur des Metalls während des Abkühlvorgangs gemessen wurde. Von den drei ausgewählten Systemen (20 vol.% Bornitrid, 2,5 vol.% Graphen und ungefüllt) stieg die Wärmeleitfähigkeit des Graphen Systems nur geringfügig an, aber verkürzten dennoch die Abkühlzeiten deutlich. In den Versuchen zeigte sich, dass mit Graphen gefüllte Systeme aufgrund der niedrigen Aushärtetiefe schwieriger zu verarbeiten sind, wodurch sie für herkömmliche 3D-Drucker nicht geeignet sind. Das Bornitrid-System schnitt am besten ab und hatte eine ca. viermal so hohe Wärmeleitfähigkeit wie das ungefüllte System und kühlte bei den Gussversuchen ca. drei- bis viermal so schnell ab. Zusätzlich wies das Bornitrid System sehr hohe Aushärtetiefen bei geringen Belichtungszeiten auf, wodurch es auf den meisten Druckersystemen verarbeitbar ist.

AB - Im Werkzeugbau bietet das sogenannte ¿rapid tooling¿ eine Möglichkeit für die schnelle Fertigung von Werkzeugen und Formen für Kleinserien und Prototypen bei gleichzeitiger Reduktion von Kosten und Lieferzeiten. Im Vergleich zu herkömmlichen Materialien weisen additiv gefertigte Werkzeuge einige Nachteile auf, welche durch die Zugabe von Füllstoffen kompensiert werden können. In dieser Arbeit wurde mittels photochemischer Reaktionen ein hochtemperaturbeständiges interpenetrierendes Netzwerk (IPN) auf Acrylat-Epoxid Basis erzeugt. Zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit des Systems wurden Füllstoffe hinzugefügt und anschließend Formen für den Zinnguss gedruckt. Von sechs unterschiedlichen Füllstoffen wurde der Einfluss auf die Viskosität und die Aushärtungstiefe in Abhängigkeit von den Konzentrationen bestimmt, um die Verarbeitbarkeit in der additiven Fertigung zu überprüfen. Auf verschiedenen Druckersystemen wurden Prüfkörper zu Ermittlung der Druckparameter gedruckt und anschließend einer dynamisch mechanischen Analyse (DMA) zur Bestimmung der Glasübergangstemperatur (Tg) und des Speichermoduls (E`) unterzogen. Bei ausgewählten Systemen wurden die Temperaturleitfähigkeiten mittels Laser-Flash Analyse (LFA) bestimmt und über die Dichten sowie die spezifische Wärmekapazitäten die Wärmeleitfähigkeiten berechnet. Abschließend wurden zweiteilige Formen gedruckt und mehrere Gussversuche durchgeführt, wobei die Temperatur des Metalls während des Abkühlvorgangs gemessen wurde. Von den drei ausgewählten Systemen (20 vol.% Bornitrid, 2,5 vol.% Graphen und ungefüllt) stieg die Wärmeleitfähigkeit des Graphen Systems nur geringfügig an, aber verkürzten dennoch die Abkühlzeiten deutlich. In den Versuchen zeigte sich, dass mit Graphen gefüllte Systeme aufgrund der niedrigen Aushärtetiefe schwieriger zu verarbeiten sind, wodurch sie für herkömmliche 3D-Drucker nicht geeignet sind. Das Bornitrid-System schnitt am besten ab und hatte eine ca. viermal so hohe Wärmeleitfähigkeit wie das ungefüllte System und kühlte bei den Gussversuchen ca. drei- bis viermal so schnell ab. Zusätzlich wies das Bornitrid System sehr hohe Aushärtetiefen bei geringen Belichtungszeiten auf, wodurch es auf den meisten Druckersystemen verarbeitbar ist.

KW - Rapid Tooling

KW - Photopolymerisation

KW - Stereolithographie

KW - rapid tooling

KW - photopolymerization

KW - stereolithography

M3 - Masterarbeit

ER -