Vergleich zwischen Laser & DLP im Einsatz für die Stereolithografie von Keramikschlickern

Abstract

Stereolithographic Ceramic Manufacturing (LCM) ist eine CAD/CAM-basierte Additive Fertigungstechnologie (AFT). Der schichtweise Aufbau des reidimensionalen Bauteils erfolgt hierbei durch stereolithografisches Drucken eines hochgefüllten keramischen photopolymerisierbaren Schlickers. Der dreistufige Herstellungsprozess, bestehend aus dem Druckvorgang, thermischem Entbindern und Sintern, ermöglicht die Erzeugung von dichten Keramiken mit hohen Festigkeiten. Unter anderem wird er in der Zahnmedizin für die Herstellung von dentalen Brücken eingesetzt. Der erste Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen unterschiedlicher Belichtungsmethoden (Diodenlaser / LED-Projektor (DLP, Digital Light Processing)) auf die mechanischen Eigenschaften der generierten Produkte. Mit den Erzeugnissen von laser- und DLP-basiertem LCM wurden mehrere Versuche durchgeführt und deren Ergebnisse gegenübergestellt. Um auch materialspezifische Unterschiede analysieren zu können, wurden zwei verschiedene, an der TU Wien entwickelte, Schlicker für vergleichende Tests verwendet. Dabei konnten mehrere Unterschiede festgestellt werden, wie z.B. ein höherer E-Modul und eine größere Maximalspannung bei Proben aus dem Phtalat-basiertem Schlicker, die mittels DLP ausgehärtet wurden. Der letzte Teil dieser Arbeit widmet sich dem Wanne-Rakel-System des zuvor verwendeten Blueprinters 8. Das vorhandene System wurde hinsichtlich seiner Eignung für den derzeit verwendeten Schlicker untersucht. In weiterer Folge wurden neue Konzepte dafür entwickelt und schlussendlich eines davon auch realisiert. Abschließend wurden das alte und neue System bezüglich mehrerer Gesichtspunkte, wie erzielbare Auflösung oder Auswirkungen auf den Schlicker im Laufe eines Strukturierungsprozesses verglichen, um erzielte Veränderungen durch das neue System festzustellen. Zu den erreichten Verbesserungen zählen unter anderem die deutliche Reduktion der benötigten Materialmenge in der Wanne während eines Druckprozesses und die erhebliche Vereinfachung der Reinigung des Systems.

Stereolithographic Ceramic Manufacturing (LCM) is a CAD/CAM based Additive Manufacturing Technology (AMT). The parts are generated layer by layer through stereolithographic printing of a highly filled ceramic photopolymerizable polymer. This three step process, consisting of the printing step, thermal debinding and sintering, allows the production of dense ceramics with a high strength. One of the fields of application for this production method is the dentistry, where it’s used for example to produce dental prosthesis. In the first part of this master’s thesis the focus was on the influence of different exposure strategies on the mechanical properties of the generated products. Various tests with parts, produced either by laser-based or DLP-based LCM, were made and the results were compared. Additionally, the tests have been carried out with two materials, which have been developed at the TU of Vienna, to analyse the material specific influences and differences. Diverse differences could be determined, like for example a higher elastic modulus and an increased maximum tension for probes of the phtalat-based material, which have been structured by DLP. The last part of this work deals with the vat-blade-system of the previously used Blueprinter 8. The existing system was analysed in respect to his suitability for the currently used material. Furthermore, new concepts were developed and finally one of them was realized at the end. Afterwards the old and new systems were compared referring to several aspects like resolution or influences on the material during the printing process. So, the obtained changes with the new system should be investigated. Achieved improvements are, among others, the remarkable reduction of the amount of material, which is necessary in the vat during the building process and the simplification of the cleaning process for the system.