Generative Fertigung von Bauteilen aus Al2O3

Abstract

Generative Fertigungsverfahren werden in letzter Zeit immer häufiger, nicht mehr nur in der Produktentwicklung, sondern zunehmend auch bei der Fertigung von Serienbauteile eingesetzt. Durch diese Verlagerung von der reinen Modellerstellung in Forschung und Entwicklung hin zum fertigen Bauteil ändern sich auch die Anforderungen an die bei der Herstellung verwendeten Materialien. Die Bauteile müssen die für den jeweiligen Einsatzfall notwendigen Eigenschaften aufweisen.<br />In der Textilverarbeitung werden hochfeste Bauteile benötigt, um zu großen Verschleiß bei der Verarbeitung von reißfesten Fäden zu vermeiden. Diese Bauteile sind jedoch so detailreich und klein, dass sie nur schwer spanend hergestellt werden können, auch weil die verwendeten Materialien sehr hart und damit spröde sind. Deshalb wird angedacht, diese Bauteile generativ herzustellen.<br />Die Ziele dieser Arbeit sind die fehlerfreie Herstellung von Bauteilen aus Aluminiumoxidpulver mittels generativem Fertigungsverfahren sowie die Optimierung des Temperaturverlaufs beim Sintern mit dem Ziel, defektarme Bauteile erzeugen zu können.<br />Ein Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit der idealen Zusammensetzung des bei der Verbauung verwendeten Stoffgemisches aus Al2O3-Pulver und fotosensitivem Harzsystem.<br />Weiters sind die Prozessparameter, die für eine fehlerfreie Herstellung der Bauteile notwendig sind, zu ermitteln. Besonders die Erzeugung von Bauteilen mit vielen Details erfordert eine gute Abstimmung der Belichtungsintensität und Belichtungszeit auf die jeweiligen Bauteile. Jede dabei verwendete Komponente beeinflusst dann in weiterer Folge den Verlauf des Sinter- und Entbinderungsprogramms. Somit ist das Erstellen einer geeigneten Erwärmungskurve schwierig, besonders das Bestimmen der passenden Heizraten und das Festlegen der notwendigen Haltetemperaturen.<br />Ein weiterer wichtiger Punkt ist schließlich das Herausfiltern der Materialkennwerte der letztendlich als am besten befundenen Materialmischung sowie deren Bauparameter.<br />

Additive manufacturing technology has been increasingly used not only in research and development, but also in producing commercially used parts. Due to the shift from modeling parts used in research and development to producing real parts, the demands on the used materials have changed too. The parts have to exhibit defined material properties for each scope of application.<br />For textile processing, high-strength parts are needed to avoid abrasive wear by textile fibres. These parts are, however, so small and detailed that they can hardly be produced by machining, also because the utilized materials are very hard and thus brittle. For this reason, these parts are more and more often produced by additive manufacturing technology.<br />The objectives of this thesis are accurate part production with alumina powder by using additive manufacturing technology and the optimization of the temperature profile for sintering in order to get parts with few defects.<br />The first step of this thesis is to establish the ideal composition of the slurry made up of alumina powder and a photosensitive resin.<br />After that, the optimum process parameters have to be determined. It is necessary to find the ideal light intensity and exposure time, in particular for producing detailed parts.<br />Each chemical component used affects the temperature profile. Therefore, it is very difficult to define the optimal temperature profile, especially the appropriate heating rate and necessary hold points.<br />Last but not least, it is essential to verify the material constants of the slurry which finally turns out to be the best as well as its optimal setting parameters.