Neue Materialsysteme für das Dreidimensionale Drucken und das Selektive Lasersintern

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. 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. <br>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. <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. 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.

Author dc:creator

• Pfister, Andreas

Contributors dc:contributor

• Mülhaupt, Rolf

• Dreidimensionales Drucken
• Polymere Ionomere
• rapid prototyping
• three dimensional printing
• selective laser sintering

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