Development of novel inks for a unique hybrid 3D printing process

Abstract

This work describes the development of novel UV-curable inks that, if applied in a unique hybrid 3D printing process combing stereolithography and inkjet technology, could represent a major step toward full automation and large-scale industrial adoption of 3D printing. The integration of such inks into existing stereolithography processes is very hard to achieve, but opens up unimagined application possibilities in various areas of production. A major disadvantage, however, are the difficult-to-achieve requirements that such a process places on the materials used.In the course of the thesis, various requirements of such inks will be discussed and two very different types are explored in detail and ultimately developed, before a general strategy for the development of further inks is formed. Last but not least, the thesis is concluded by achieving first successful prints. Since a completely novel hybrid 3d printing process is used, there is little comparable research, but the underlying mechanisms are well understood. A large part of this work therefore deals with inkjet systems and thin-film technology, known technologies which are reinterpreted here.

In dieser Arbeit wird die Entwicklung neuartiger UV-härtender Tinten beschrieben, die bei Verwendung in einem einzigartigen hybriden 3D-Druckverfahren, welches Stereolithographie und Inkjet-Technologie kombiniert, einen wichtigen Schritt in Richtung Vollautomatisierung und großflächige Einführung des 3D-Drucks darstellen könnten. Die Integration solcher Tinten in bestehende Stereolithographieverfahren ist sehr schwierig zu realisieren, eröffnet aber ungeahnte Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Produktionsbereichen. Ein großer Nachteil sind jedoch die hohen Anforderungen, die ein solches Verfahren an die verwendeten Materialien stellt.Im Verlauf der Arbeit werden verschiedene Anforderungen an solche Tinten untersucht und zwei in ihrer Anwendung sehr unterschiedliche Tinten entwickelt, bevor eine generelle Strategie für die Entwicklung weiterer Tinten festgelegt wird. Die Arbeit wird mit den ersten erfolgreichen Drucken abgeschlossen.Da es sich um ein völlig neuartiges hybrides 3D-Druckverfahren handelt, gibt es nur wenig vergleichbare Literatur, aber die zugrunde liegenden Mechanismen sind gut verstanden. Ein Großteil dieser Arbeit befasst sich daher mit Tintenstrahlsystemen und der Dünnschichttechnologie, bekannten Technologien, die hier neu interpretiert werden.