ISBN 978-3-8439-1855-8

978-3-8439-1855-8, Reihe Ingenieurwissenschaften

Michael Kroh
Rapid Prototyping: Untersuchungen zum Selektiven Lasersintern von Polyetheretherketon - Additiv unterstütztes Lasersintern -

136 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2014), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Das Selektive Lasersintern (SLS) von Kunststoffen ist ein immer mehr etabliertes Verfahren zur schnellen Herstellung von Kleinserien oder Bauteilen mit enormer Gestaltungsfreiheit. Grundlage des SLS ist der schichtweise Aufbau, basierend auf 2D-Schnittgeometrien. Durch diesen schichtweisen Aufbau sind insbesondere die Übergänge zwischen den Schichten für die Festigkeit eins Bauteils relevant. Üblicherweise werden CO2-Laser für die Versinterung und als etabliertes Standardmaterial wird überwiegend Polyamid 12 eingesetzt. Da die Strahlung aufgrund der guten Absorption der meisten Kunststoffe für diese Wellenlänge direkt an der Oberfläche absorbiert wird, müssen tiefere Schichten, insbesondere die sogenannte Übersinterung an die Vorgängerschicht, über andere Energietransportmechanismen wie Wärmeleitung aufgeschmolzen werden. Mit dem Ziel diese Übersinterung steuern zu können, wurde eine neue Prozessvariante, das Additiv unterstützte Lasersintern (ASLS), entwickelt, um durch eine integrale Volumenabsorption verbesserte Schichtübergänge und Partikelanbindungen sowie eine verbesserte Gefügeausprägung zu erzielen.

Das Absorptionsverhalten der untersuchten Pulverwerkstoffe wurde hierfür über die Konzentration von Ruß gesteuert. Am Beispiel von Polyetheretherketon wurde der Fokus auf Hochleistungsthermoplaste gelegt, die konventionell schwer sinterbar sind. Ausgehend von Einschichtuntersuchungen wurde anhand einer statistischen vollfaktoriellen Versuchsplanung die Sintertiefe in Abhängigkeit von Prozessparametern betrachtet. Dabei wurde ein nichtlinearer Zusammenhang zwischen Additivkonzentration und resultierender Sintertiefe beobachtet und als Überlagerung aus Additivkonzentration und veränderter Oberflächenspannung der Kunststoffschmelzen identifiziert. Mittels einer modifizierten Regressionsanalyse konnten zudem die Haupteinflussfaktoren Ruß und mittlere Energiedichte in Wechselwirkung mit Pulverbetttemperatur und Schmelzeviskosität auf Sintertiefe und mechanische Eigenschaften dargestellt werden. Es konnte dargestellt werden, dass neben der mittleren Energiedichte Ruß zusätzlich eine positive Auswirkung auf das mechanische Eigenschaftsprofil hat.

Durch morphologische Betrachtungen konnte ein gegenüber der konventionellen Sintertechnik homogeneres Gefüge der gesinterten Strukturen nachgewiesen werden. Weiter zeigte sich als Folge einer Temperung, wie sie beim Quasi- isothermen Lasersinterprozess vorliegt, und der Laserstrahlung, dass sich orthogonal ausgerichtete lamellare Strukturen an den Schichtübergängen ausbilden, die als eine weitere Möglichkeit angesehen werden, eine Verbesserung des mechanischen Eigenschaftsprofiles lasergesinterter Bauteile zu erzielen.