Influence of binder compositions, solvents, and material extrusion parameters on aluminum additive manufacturing via SDS

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Materialextrusion (MEX) ist eine additive Fertigungstechnik, die als Formgebungsschritt zur Herstellung von Grünteilen im SDS-Prozess (Shape, Debinding and Sintering) von Metall dienen kann. Der Einsatz von SDS mit MEX für Aluminium bietet eine vielversprechende, kostengünstige Produktionsmethode für Teile mit komplexer Geometrie. Dieses Verfahren erfordert jedoch ein hochgefülltes thermoplastisches Bindersystem Feedstock für AlSi1-Pulver zur Herstellung von Filamenten für das MEX-Verfahren. Das Filament wird benötigt, um den 3D-Drucker mit dem Material zu versorgen, das für die Formgebung der Probekörper erforderlich ist. Eine wichtige Herausforderung bei der Anwendung von MEX in SDS ist die Entwicklung einer geeigneten Binder-Zusammensetzung, die den Anforderungen sowohl für den Druckschritt als auch für den Entbinderungs- und Sinterungsschritt gerecht wird. Für den Druckschritt sollten die Filamente eine Kombination der folgenden Eigenschaften aufweisen: fest, flexibel und niedrig viskos. Für den Entbinderungsschritt wird ein Zweikomponenten-Bindersystem benötigt, bei dem eine Komponente in dem gewählten Lösungsmittel löslich ist, während die andere Komponente gegen dieses Lösungsmittel beständig ist. Die in dieser Masterarbeit untersuchten Lösungsmittel waren Cyclohexan, Aceton und Wasser. Außerdem sollten die Binderkomponenten eine niedrigere thermische Zersetzungstemperatur aufweisen als die Sintertemperatur von Aluminium. Dies ist eine besondere Herausforderung, da die Sintertemperatur von AlSi1 ähnlich hoch ist wie die Zersetzungstemperatur von den meisten Thermoplasten. Dies ist wichtig, da der Binder vollständig entfernt werden muss, um das Risiko eines hohen Restsauerstoff- und -kohlenstoffgehalts sowie der Bildung von Al2O3 zu verringern, was die Qualität des gesinterten Teils erheblich beeinträchtigen kann. Ziel der Masterarbeit, die im Rahmen des Projekts ALF³ durchgeführt wurde, war es, das Verständnis der für diesen speziellen Prozess erforderlichen Binderkomponenten zu verbessern. Daher wurden die Auswirkungen verschiedener Backbone-Materialien als Binderkomponente sowie der Einfluss verschiedener löslicher Binderkomponenten auf die rheologischen, thermischen, drucktechnischen und Entbinderungseigenschaften von AlSi1-Feedstock analysiert. Die thermischen Eigenschaften von Bindemittelsystemen und Feedstock wurden mit Hilfe der Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC) und der thermogravimetrischen Analyse (TGA) untersucht. Das rheologische Verhalten wurde mit Hochdruck-Kapillarrheometern untersucht. Zusätzlich wurden Kontaktwinkelmessungen durchgeführt, um den Einfluss auf das Benetzungsverhalten der Binderkomponenten und die Partikelverteilung von AlSi1 im Feedstock zu ermitteln. Es folgten die Herstellung von Feedstock-Filamenten, die Untersuchungen mit Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und der MEX-Druck. Die Ergebnisse zeigten, dass es möglich ist, drei optimierte Binderformulierungen für jedes im Entbinderungsprozess verwendete Lösungsmittel herzustellen. Darüber hinaus konnte der Druckprozess optimiert werden,so dass er den spezifischen Anforderungen von hochgefüllten, 55 vol.% AlSi1, Filamenten mit gerecht wird.

Details

Titel in ÜbersetzungEinfluss von Binderzusammensetzungen, Lösungsmitteln und Materialextrusionsparametern auf die additive Herstellung von Aluminium mittels SDS
OriginalspracheEnglisch
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung28 Juni 2024
StatusVeröffentlicht - 2024