{"id":{"repo_id":"freiburg-diss","oai_identifier":"oai:freidok.uni-freiburg.de:1889"},"canonical_url":"https://search.dev.ndltd.org/etd/freiburg-diss/oai:freidok.uni-freiburg.de:1889","repository":{"repo_id":"freiburg-diss","name":"University of Freiburg","base_url":"https://freidok.uni-freiburg.de/oai/oai2.php"},"display":{"title":"Neue Materialsysteme für das Dreidimensionale Drucken und das Selektive Lasersintern","abstract":"Ziel der vorliegenden Arbeit war die Herstellung neuer Materialsysteme für den Einsatz bei dreidimensionalen Formgebungsverfahren (\"Rapid Prototyping\", \"3D-Drucken\", Selektives Lasersintern), die schichtweise nach Computerdesignvorgabe 3D-Modelle fertigen können. Der Einfluß der chemischen Zusammensetzungen der Materialien und der Druckparameter auf die Materialeigenschaften der 3D-Modelle wurde untersucht, um aufwendige Nachbehandlungsschritte zu vermeiden.
Für zwei verschiedene 3D-Drucker, Z402 (ZCorporation) und Deskmodeler (bmt) wurden erstmalig Pulversysteme auf Basis von Polymeren-Ionomeren hergestellt, die mit einer wasserhaltigen Drucktinte wasserresistente 3D-Modelle ohne komplizierte Nachbehandlung durch Infiltration mit Wachs oder Cyanacrylat generieren. 3D-Modelle aus Zinkpolycarboxylat-Ionomeren wurden durch eine chemische Abbinddreaktion von Zinkoxid/Magnesiumoxid-Keramikpulvern mit Polyacrylsäure gebildet. Die durch Sinter- und Mahlprozesse hergestellten Keramikpulver unterscheiden sich in ihren Partikelgrößen sowie der Abbindzeit der resultierenden Zink-Ionomere. Es wurde der Einfluß der Partikelgröße der Zinkoxid-Keramiken, des Polyacrylsäuregehalts, der Abbindzeit, der Tintenmenge beim 3D-Drucken sowie der Infiltration mit Zinkacetat-Lösung auf die mechanischen Eigenschaften, Wasserresistenz und Dimensionsstabilität der resultierenden 3D-Modelle untersucht. Bei Verwendung schnell abbindender Keramikpulver konnten wasserresistente 3D-Modelle mit deutlich verbesserten mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu kommerziell eingesetzten Materialien erhalten werden.
Als weitere Polymere-Ionomere konnten Glas-Ionomer-Zemente erfolgreich im 3D-Druckprozeß eingesetzt werden. Die aus Calciumaluminiumsilicat Glas und Polyacrylsäure gebildeten 3D-Modelle weisen ähnlich gute mechanische Eigenschaften auf wie die Zink-Ionomere und zeigen Wasserresistenz beim Einsatz schnell abbindender Gläser.
Durch den Einsatz von Lysinethylesterdiisocyanat als Infiltrationsmittel für 3D-Modelle aus einem Pulverblend von Stärke/Cellulose/Dextrose wurden durch katalytische Vernetzung Polyurethan Scaffolds erhalten. Bei in vitro Experimenten zeigten diese Scaffolds Biokompatibilität, der Einsatz als Hartimpantate in der Medizin kommt durch die Minderung der mechanischen Eigenschaften aufgrund des Quellverhaltens der Polyurethane in wäßrigen Medien nicht in Frage.
Für das Selektive Lasersintern konnten erstmalig Polyamid 12-Nanocomposite erfolgreich eingesetzt werden. Es wurden Lasersinterexperimente mit verschiedenen Polyamid 12-Pulvern durchgeführt. Als wichtiger Parameter erwies sich die Schmelzviskosität der Polyamide und Mikroporosität der resultierenden 3D-Modelle. Die durch Schmelzextrusion erhaltenen Nanocomposite auf Basis von organophil modifizierten Boehmiten (Disperal OS1 und OS2) und durch Kationenaustausch mit ethoxyliertem Octadecylamin organophil modifiziertem Schichtsilicat (Nanofil804) wurden auf ihre rheologischen, mechanischen, thermischen sowie morphologischen Eigenschaften untersucht. Für den Lasersinterprozeß wurde das Nanocomposit mit 6 Gew.% Nanofil804 eingesetzt, da dieses den besten Kompromiß aus rheologischen und mechanischen Eigenschaften für das Lasersintern aufweist. Durch kryogene Vermahlung und anschließende mechanische Partikelabrundung wurden Pulver erhalten, welche sich aufgrund ihrer Partikelgröße und -form für den Einsatz im Lasersinterprozeß eignen. Im Lasersinterprozeß wurde abgerundetes und kantiges Nanocomposit-Pulver eingesetzt um den Einfluß der Partikelform zu untersuchen. Der durch die bessere Rieselfähigkeit des abgerundeten Pulvers homogenere Schichtauftrag führte zu geringerer Porosität und damit deutlich besseren mechanischen Eigenschaften der resultierenden 3D-Modelle.","abstract_html":"Ziel der vorliegenden Arbeit war die Herstellung neuer Materialsysteme für den Einsatz bei dreidimensionalen Formgebungsverfahren ("Rapid Prototyping", "3D-Drucken", Selektives Lasersintern), die schichtweise nach Computerdesignvorgabe 3D-Modelle fertigen können. Der Einfluß der chemischen Zusammensetzungen der Materialien und der Druckparameter auf die Materialeigenschaften der 3D-Modelle wurde untersucht, um aufwendige Nachbehandlungsschritte zu vermeiden. <br>Für zwei verschiedene 3D-Drucker, Z402 (ZCorporation) und Deskmodeler (bmt) wurden erstmalig Pulversysteme auf Basis von Polymeren-Ionomeren hergestellt, die mit einer wasserhaltigen Drucktinte wasserresistente 3D-Modelle ohne komplizierte Nachbehandlung durch Infiltration mit Wachs oder Cyanacrylat generieren. 3D-Modelle aus Zinkpolycarboxylat-Ionomeren wurden durch eine chemische Abbinddreaktion von Zinkoxid/Magnesiumoxid-Keramikpulvern mit Polyacrylsäure gebildet. Die durch Sinter- und Mahlprozesse hergestellten Keramikpulver unterscheiden sich in ihren Partikelgrößen sowie der Abbindzeit der resultierenden Zink-Ionomere. 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Die aus Calciumaluminiumsilicat Glas und Polyacrylsäure gebildeten 3D-Modelle weisen ähnlich gute mechanische Eigenschaften auf wie die Zink-Ionomere und zeigen Wasserresistenz beim Einsatz schnell abbindender Gläser. <br>Durch den Einsatz von Lysinethylesterdiisocyanat als Infiltrationsmittel für 3D-Modelle aus einem Pulverblend von Stärke/Cellulose/Dextrose wurden durch katalytische Vernetzung Polyurethan Scaffolds erhalten. Bei in vitro Experimenten zeigten diese Scaffolds Biokompatibilität, der Einsatz als Hartimpantate in der Medizin kommt durch die Minderung der mechanischen Eigenschaften aufgrund des Quellverhaltens der Polyurethane in wäßrigen Medien nicht in Frage. <br>Für das Selektive Lasersintern konnten erstmalig Polyamid 12-Nanocomposite erfolgreich eingesetzt werden. Es wurden Lasersinterexperimente mit verschiedenen Polyamid 12-Pulvern durchgeführt. Als wichtiger Parameter erwies sich die Schmelzviskosität der Polyamide und Mikroporosität der resultierenden 3D-Modelle. 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Der Einfluß der chemischen Zusammensetzungen der Materialien und der Druckparameter auf die Materialeigenschaften der 3D-Modelle wurde untersucht, um aufwendige Nachbehandlungsschritte zu vermeiden.
Für zwei verschiedene 3D-Drucker, Z402 (ZCorporation) und Deskmodeler (bmt) wurden erstmalig Pulversysteme auf Basis von Polymeren-Ionomeren hergestellt, die mit einer wasserhaltigen Drucktinte wasserresistente 3D-Modelle ohne komplizierte Nachbehandlung durch Infiltration mit Wachs oder Cyanacrylat generieren. 3D-Modelle aus Zinkpolycarboxylat-Ionomeren wurden durch eine chemische Abbinddreaktion von Zinkoxid/Magnesiumoxid-Keramikpulvern mit Polyacrylsäure gebildet. Die durch Sinter- und Mahlprozesse hergestellten Keramikpulver unterscheiden sich in ihren Partikelgrößen sowie der Abbindzeit der resultierenden Zink-Ionomere. Es wurde der Einfluß der Partikelgröße der Zinkoxid-Keramiken, des Polyacrylsäuregehalts, der Abbindzeit, der Tintenmenge beim 3D-Drucken sowie der Infiltration mit Zinkacetat-Lösung auf die mechanischen Eigenschaften, Wasserresistenz und Dimensionsstabilität der resultierenden 3D-Modelle untersucht. Bei Verwendung schnell abbindender Keramikpulver konnten wasserresistente 3D-Modelle mit deutlich verbesserten mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu kommerziell eingesetzten Materialien erhalten werden.
Als weitere Polymere-Ionomere konnten Glas-Ionomer-Zemente erfolgreich im 3D-Druckprozeß eingesetzt werden. Die aus Calciumaluminiumsilicat Glas und Polyacrylsäure gebildeten 3D-Modelle weisen ähnlich gute mechanische Eigenschaften auf wie die Zink-Ionomere und zeigen Wasserresistenz beim Einsatz schnell abbindender Gläser.
Durch den Einsatz von Lysinethylesterdiisocyanat als Infiltrationsmittel für 3D-Modelle aus einem Pulverblend von Stärke/Cellulose/Dextrose wurden durch katalytische Vernetzung Polyurethan Scaffolds erhalten. Bei in vitro Experimenten zeigten diese Scaffolds Biokompatibilität, der Einsatz als Hartimpantate in der Medizin kommt durch die Minderung der mechanischen Eigenschaften aufgrund des Quellverhaltens der Polyurethane in wäßrigen Medien nicht in Frage.
Für das Selektive Lasersintern konnten erstmalig Polyamid 12-Nanocomposite erfolgreich eingesetzt werden. Es wurden Lasersinterexperimente mit verschiedenen Polyamid 12-Pulvern durchgeführt. Als wichtiger Parameter erwies sich die Schmelzviskosität der Polyamide und Mikroporosität der resultierenden 3D-Modelle. Die durch Schmelzextrusion erhaltenen Nanocomposite auf Basis von organophil modifizierten Boehmiten (Disperal OS1 und OS2) und durch Kationenaustausch mit ethoxyliertem Octadecylamin organophil modifiziertem Schichtsilicat (Nanofil804) wurden auf ihre rheologischen, mechanischen, thermischen sowie morphologischen Eigenschaften untersucht. Für den Lasersinterprozeß wurde das Nanocomposit mit 6 Gew.% Nanofil804 eingesetzt, da dieses den besten Kompromiß aus rheologischen und mechanischen Eigenschaften für das Lasersintern aufweist. Durch kryogene Vermahlung und anschließende mechanische Partikelabrundung wurden Pulver erhalten, welche sich aufgrund ihrer Partikelgröße und -form für den Einsatz im Lasersinterprozeß eignen. Im Lasersinterprozeß wurde abgerundetes und kantiges Nanocomposit-Pulver eingesetzt um den Einfluß der Partikelform zu untersuchen. Der durch die bessere Rieselfähigkeit des abgerundeten Pulvers homogenere Schichtauftrag führte zu geringerer Porosität und damit deutlich besseren mechanischen Eigenschaften der resultierenden 3D-Modelle.","The goal of this thesis was the development of new material systems for use in the rapid prototyping techniques Selective Laser Sintering (SLS) and Three Dimensional Printing (3DP)The influence of the chemical composition of the materials and the printing and sintering parameter on the material properties of the resulting 3D objects was examined.
For the first time powder materials based on polymer ionomers have been used successfully for two different 3D printers, Z402 (ZCorporation) and Deskmodeler(bmt), that produce water resistant 3D models with a water based ink, without any further post treatment with wax or cyano acrylates. 3D objects of zinc polycarboxylate are formed by a chemical reaction between zinc oxide/magnesium oxide ceramics and polyacrylic acid. The influence of the particle size of the ceramics, the amount of polyacrylic acid, the setting time of the cements, the delivered ink amount and the infiltration with a zinc salt solution on the mechanical properties, water resistance and dimensional accuracy of the resulting 3D objects have been examined. When fast setting zinc oxide ceramics are used, water resistant 3D objects with clearly higher mechanical strength in comparison to commercially available materials have been obtained.
As a further polymer ionomer, glass-ionomer cements have been used successfully in 3D printing. 3D objects that are produced by the chemical reaction between polyacrylic acid and calcium-aluminium silicate glass also show good mechanical strength and water resistance, when fast setting glasses are used.
The use of lysineethylester diisocyanate as infiltrating agent for 3D objects of a powder mixture of starch/cellulose/dextrose produces polyurethane scaffolds after catalytic crosslinkage. In vitro experiments showed good biocompatibility of the scaffolds. Due to swelling of the scaffolds in water and subsequent loss of mechanical strength, the application as bone implants is not possible.
For the first time, polyamide 12 nanocomposites have been used succesfully for selective laser sintering. Sintering experiments with different polyamide 12 powders have been performed. As important parameters, melting viscosity of polyamide and the microporosity of the resulting 3D objects have been exposed. The nanocomposites based on organophilic modified boehmite (Disperal OS1 and OS2) and organophilic modified montmorillonite (Nanofil 804) were produced by means of extrusion compounding and examined on their rheological, thermal and morphological properties. The polyamide 12 composite with 6% (w/w) Nanofil 804 was milled by subsequent mechanical rounding of the particles. Rounded and square-edged nanocomposite powders of this composite were used in the selective laser sintering process. The better flowability of the rounded particles led to 3D objects with less porosity and higher mechanical strength."]},{"key":"dc:format.medium","label":"Dc Format Medium","values":["application/pdf"]},{"key":"dc:title","label":"Title","values":["Neue Materialsysteme für das Dreidimensionale Drucken und das Selektive Lasersintern","New material systems for three dimensional printing and selective laser sintering"]}]}],"canonical_facts":{"dc:contributor":["Mülhaupt, Rolf"],"dc:creator":["Pfister, Andreas"],"dc:description.abstract":["Ziel der vorliegenden Arbeit war die Herstellung neuer Materialsysteme für den Einsatz bei dreidimensionalen Formgebungsverfahren (\"Rapid Prototyping\", \"3D-Drucken\", Selektives Lasersintern), die schichtweise nach Computerdesignvorgabe 3D-Modelle fertigen können. Der Einfluß der chemischen Zusammensetzungen der Materialien und der Druckparameter auf die Materialeigenschaften der 3D-Modelle wurde untersucht, um aufwendige Nachbehandlungsschritte zu vermeiden.
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Als weitere Polymere-Ionomere konnten Glas-Ionomer-Zemente erfolgreich im 3D-Druckprozeß eingesetzt werden. Die aus Calciumaluminiumsilicat Glas und Polyacrylsäure gebildeten 3D-Modelle weisen ähnlich gute mechanische Eigenschaften auf wie die Zink-Ionomere und zeigen Wasserresistenz beim Einsatz schnell abbindender Gläser.
Durch den Einsatz von Lysinethylesterdiisocyanat als Infiltrationsmittel für 3D-Modelle aus einem Pulverblend von Stärke/Cellulose/Dextrose wurden durch katalytische Vernetzung Polyurethan Scaffolds erhalten. Bei in vitro Experimenten zeigten diese Scaffolds Biokompatibilität, der Einsatz als Hartimpantate in der Medizin kommt durch die Minderung der mechanischen Eigenschaften aufgrund des Quellverhaltens der Polyurethane in wäßrigen Medien nicht in Frage.
Für das Selektive Lasersintern konnten erstmalig Polyamid 12-Nanocomposite erfolgreich eingesetzt werden. Es wurden Lasersinterexperimente mit verschiedenen Polyamid 12-Pulvern durchgeführt. Als wichtiger Parameter erwies sich die Schmelzviskosität der Polyamide und Mikroporosität der resultierenden 3D-Modelle. Die durch Schmelzextrusion erhaltenen Nanocomposite auf Basis von organophil modifizierten Boehmiten (Disperal OS1 und OS2) und durch Kationenaustausch mit ethoxyliertem Octadecylamin organophil modifiziertem Schichtsilicat (Nanofil804) wurden auf ihre rheologischen, mechanischen, thermischen sowie morphologischen Eigenschaften untersucht. Für den Lasersinterprozeß wurde das Nanocomposit mit 6 Gew.% Nanofil804 eingesetzt, da dieses den besten Kompromiß aus rheologischen und mechanischen Eigenschaften für das Lasersintern aufweist. Durch kryogene Vermahlung und anschließende mechanische Partikelabrundung wurden Pulver erhalten, welche sich aufgrund ihrer Partikelgröße und -form für den Einsatz im Lasersinterprozeß eignen. Im Lasersinterprozeß wurde abgerundetes und kantiges Nanocomposit-Pulver eingesetzt um den Einfluß der Partikelform zu untersuchen. Der durch die bessere Rieselfähigkeit des abgerundeten Pulvers homogenere Schichtauftrag führte zu geringerer Porosität und damit deutlich besseren mechanischen Eigenschaften der resultierenden 3D-Modelle.","The goal of this thesis was the development of new material systems for use in the rapid prototyping techniques Selective Laser Sintering (SLS) and Three Dimensional Printing (3DP)The influence of the chemical composition of the materials and the printing and sintering parameter on the material properties of the resulting 3D objects was examined.
For the first time powder materials based on polymer ionomers have been used successfully for two different 3D printers, Z402 (ZCorporation) and Deskmodeler(bmt), that produce water resistant 3D models with a water based ink, without any further post treatment with wax or cyano acrylates. 3D objects of zinc polycarboxylate are formed by a chemical reaction between zinc oxide/magnesium oxide ceramics and polyacrylic acid. The influence of the particle size of the ceramics, the amount of polyacrylic acid, the setting time of the cements, the delivered ink amount and the infiltration with a zinc salt solution on the mechanical properties, water resistance and dimensional accuracy of the resulting 3D objects have been examined. When fast setting zinc oxide ceramics are used, water resistant 3D objects with clearly higher mechanical strength in comparison to commercially available materials have been obtained.
As a further polymer ionomer, glass-ionomer cements have been used successfully in 3D printing. 3D objects that are produced by the chemical reaction between polyacrylic acid and calcium-aluminium silicate glass also show good mechanical strength and water resistance, when fast setting glasses are used.
The use of lysineethylester diisocyanate as infiltrating agent for 3D objects of a powder mixture of starch/cellulose/dextrose produces polyurethane scaffolds after catalytic crosslinkage. In vitro experiments showed good biocompatibility of the scaffolds. Due to swelling of the scaffolds in water and subsequent loss of mechanical strength, the application as bone implants is not possible.
For the first time, polyamide 12 nanocomposites have been used succesfully for selective laser sintering. Sintering experiments with different polyamide 12 powders have been performed. As important parameters, melting viscosity of polyamide and the microporosity of the resulting 3D objects have been exposed. The nanocomposites based on organophilic modified boehmite (Disperal OS1 and OS2) and organophilic modified montmorillonite (Nanofil 804) were produced by means of extrusion compounding and examined on their rheological, thermal and morphological properties. The polyamide 12 composite with 6% (w/w) Nanofil 804 was milled by subsequent mechanical rounding of the particles. Rounded and square-edged nanocomposite powders of this composite were used in the selective laser sintering process. The better flowability of the rounded particles led to 3D objects with less porosity and higher mechanical strength."],"dc:format.medium":["application/pdf"],"dc:subject":["Dreidimensionales Drucken","Polymere Ionomere","rapid prototyping","three dimensional printing","selective laser sintering"],"dc:title":["Neue Materialsysteme für das Dreidimensionale Drucken und das Selektive Lasersintern","New material systems for three dimensional printing and selective laser sintering"],"dc:type":["DoctoralThesis"]},"updated_at":"2026-07-24T02:22:33Z"}