Photopolymere für die Additive Fertigung von Formeinsätzen für Spritzgießwerkzeuge

Research output: ThesisDoctoral Thesis

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@phdthesis{a0ab88a9487c4ed7bcaf3a4b4a07b4f5,
title = "Photopolymere f{\"u}r die Additive Fertigung von Formeins{\"a}tzen f{\"u}r Spritzgie{\ss}werkzeuge",
abstract = "Die Additive Fertigung von Spritzgie{\ss}werkzeugen z{\"a}hlt zu dem direkten schnellen Werkzeugbau und erm{\"o}glicht eine Verk{\"u}rzung der Entwicklungszeiten neuer Werkzeuge sowie eine Reduktion der Entwicklungskosten. Eine Herausforderung 3D gedruckter Werkzeuge, die mittels stereolithographie-basierten Druckmethoden hergestellt werden, ist die limitierte Standzeit. Aufgrund der hohen zyklischen Temperatur- sowie Druckbelastungen, tritt in den meisten F{\"a}llen nach wenigen hundert Zyklen ein vollst{\"a}ndiges Versagen auf. In der vorliegenden Arbeit werden drei verschiedene Harzsysteme erforscht, die auf verschiedenen Polymerisationsmechanismen basieren, mit dem Ziel die Standzeit zu erh{\"o}hen. Neben Thiol-En Methacrylat Systemen, die eine deutlich h{\"o}here Duktilit{\"a}t als reine (Meth)Acrylat Harzsysteme aufweisen, werden weitere Photopolymere auf Basis von Dual-Cure Mechanismen untersucht. Daf{\"u}r werden einerseits Acrylat-Epoxid Harze erforscht, die infolge einer simultanen H{\"a}rtungsstrategie polymerisieren und andererseits Harzsysteme bestehend aus (Meth)Acrylaten sowie Propargylether-Derivaten von Bisphenol A, die zufolge eines sequenziellen H{\"a}rtungsmechanismus reagieren. Beide Materialsysteme f{\"u}hren zur Bildung sogenannter interpenetrierender Netzwerke mit dem Ziel die W{\"a}rmeformbest{\"a}ndigkeit der Photopolymere zu erh{\"o}hen. Schlie{\ss}lich wurden mit ausgew{\"a}hlten Systemen Formeins{\"a}tze f{\"u}r Spritzgie{\ss}werkzeuge additiv gefertigt und anschlie{\ss}end im Spritzgie{\ss}verfahren getestet. Mit dem Harzsystem auf Basis von Acrylat- und Epoxid-Monomeren konnten, abh{\"a}ngig von der Geometrie, mehr als 1000 Zyklen realisiert werden.",
keywords = "photopolymers, dual-cure, interpenetrating networks, 3D printing, vat photopolymerization, injection moulds, direct rapid tooling, Photopolymere, Dual-Cure, interpenetrierende Netzwerke, 3D-Druck, badbasierte Photopolymerisation, Spritzgie{\ss}werkzeuge, direkter schneller Werkzeugbau",
author = "Katharina Sommer",
note = "gesperrt bis 20-12-2027",
year = "2023",
language = "Deutsch",
school = "Montanuniversit{\"a}t Leoben (000)",

}

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TY - BOOK

T1 - Photopolymere für die Additive Fertigung von Formeinsätzen für Spritzgießwerkzeuge

AU - Sommer, Katharina

N1 - gesperrt bis 20-12-2027

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Die Additive Fertigung von Spritzgießwerkzeugen zählt zu dem direkten schnellen Werkzeugbau und ermöglicht eine Verkürzung der Entwicklungszeiten neuer Werkzeuge sowie eine Reduktion der Entwicklungskosten. Eine Herausforderung 3D gedruckter Werkzeuge, die mittels stereolithographie-basierten Druckmethoden hergestellt werden, ist die limitierte Standzeit. Aufgrund der hohen zyklischen Temperatur- sowie Druckbelastungen, tritt in den meisten Fällen nach wenigen hundert Zyklen ein vollständiges Versagen auf. In der vorliegenden Arbeit werden drei verschiedene Harzsysteme erforscht, die auf verschiedenen Polymerisationsmechanismen basieren, mit dem Ziel die Standzeit zu erhöhen. Neben Thiol-En Methacrylat Systemen, die eine deutlich höhere Duktilität als reine (Meth)Acrylat Harzsysteme aufweisen, werden weitere Photopolymere auf Basis von Dual-Cure Mechanismen untersucht. Dafür werden einerseits Acrylat-Epoxid Harze erforscht, die infolge einer simultanen Härtungsstrategie polymerisieren und andererseits Harzsysteme bestehend aus (Meth)Acrylaten sowie Propargylether-Derivaten von Bisphenol A, die zufolge eines sequenziellen Härtungsmechanismus reagieren. Beide Materialsysteme führen zur Bildung sogenannter interpenetrierender Netzwerke mit dem Ziel die Wärmeformbeständigkeit der Photopolymere zu erhöhen. Schließlich wurden mit ausgewählten Systemen Formeinsätze für Spritzgießwerkzeuge additiv gefertigt und anschließend im Spritzgießverfahren getestet. Mit dem Harzsystem auf Basis von Acrylat- und Epoxid-Monomeren konnten, abhängig von der Geometrie, mehr als 1000 Zyklen realisiert werden.

AB - Die Additive Fertigung von Spritzgießwerkzeugen zählt zu dem direkten schnellen Werkzeugbau und ermöglicht eine Verkürzung der Entwicklungszeiten neuer Werkzeuge sowie eine Reduktion der Entwicklungskosten. Eine Herausforderung 3D gedruckter Werkzeuge, die mittels stereolithographie-basierten Druckmethoden hergestellt werden, ist die limitierte Standzeit. Aufgrund der hohen zyklischen Temperatur- sowie Druckbelastungen, tritt in den meisten Fällen nach wenigen hundert Zyklen ein vollständiges Versagen auf. In der vorliegenden Arbeit werden drei verschiedene Harzsysteme erforscht, die auf verschiedenen Polymerisationsmechanismen basieren, mit dem Ziel die Standzeit zu erhöhen. Neben Thiol-En Methacrylat Systemen, die eine deutlich höhere Duktilität als reine (Meth)Acrylat Harzsysteme aufweisen, werden weitere Photopolymere auf Basis von Dual-Cure Mechanismen untersucht. Dafür werden einerseits Acrylat-Epoxid Harze erforscht, die infolge einer simultanen Härtungsstrategie polymerisieren und andererseits Harzsysteme bestehend aus (Meth)Acrylaten sowie Propargylether-Derivaten von Bisphenol A, die zufolge eines sequenziellen Härtungsmechanismus reagieren. Beide Materialsysteme führen zur Bildung sogenannter interpenetrierender Netzwerke mit dem Ziel die Wärmeformbeständigkeit der Photopolymere zu erhöhen. Schließlich wurden mit ausgewählten Systemen Formeinsätze für Spritzgießwerkzeuge additiv gefertigt und anschließend im Spritzgießverfahren getestet. Mit dem Harzsystem auf Basis von Acrylat- und Epoxid-Monomeren konnten, abhängig von der Geometrie, mehr als 1000 Zyklen realisiert werden.

KW - photopolymers

KW - dual-cure

KW - interpenetrating networks

KW - 3D printing

KW - vat photopolymerization

KW - injection moulds

KW - direct rapid tooling

KW - Photopolymere

KW - Dual-Cure

KW - interpenetrierende Netzwerke

KW - 3D-Druck

KW - badbasierte Photopolymerisation

KW - Spritzgießwerkzeuge

KW - direkter schneller Werkzeugbau

M3 - Dissertation

ER -