Untersuchung ausgewählter Kieselerden als potenzielle Füllstoffe in lichthärtenden 3D-Druckharzen

Abstract

Schon seit Jahrzehnten werden Additive Fertigungsverfahren in industriellen Entwicklungsprozessen zur Herstellung von Prototypen verwendet. Aufgrund steigender Anforderungen an die Materialien und den Kostendruck, ist es seit einigen Jahren durch den technologischen Fortschritt auch möglich, Teile zu fertigen, welche den Qualitätsanforderungen eines Endproduktes entsprechen. Diese Diplomarbeit widmet sich der Prüfung ausgewählter Neuburger Kieselerdeprodukte hinsichtlich ihres Potenzials zu Eigenschaftsverbesserung von lichthärtenden 3D-Druckharzen. Besonderer Fokus liegt hierbei auf der Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von Acrylat-basierenden Harzformulierungen. Mithilfe der an der Technischen Universität entwickelten Blueprinter ist es möglich, dreidimensionale Bauteile schichtweise zu fertigen. Ausgangsmaterial hierfür ist eine Mischung aus lichtempfindlichen Harzen, spezifischen Additiven und den Neuburger Kieselerden als Füllstoff. Der verwendete Laser beleuchtet die gesamte Kontur des zu fertigenden Bauteils und startet damit die Polymerisation. Im Postprocessing werden die Proben im Anschluss für die Auswertung vollständig ausgehärtet. Anschließend werden die Prüfkörper auf ihre mechanischen Eigenschaften mittels der Analyseverfahren Zugversuch, Kerbschlagbiegeversuch und Dynamisch-Mechanischer Analyse getestet. Auch die Viskosität des Ausgangsmaterials wird ermittelt und es erfolgt eine Bruchflächenanalyse der getesteten Proben. Aufgabe dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Formulierung, welche bei möglichst hohem Füllstoffanteil die besten mechanischen Eigenschaften aufweist. Dazu muss aus den vorliegenden Kieselerden das Produkt mit dem größten Potenzial ermittelt werden sowie die Auswahl der richtigen Photopolymerharze erfolgen.

For decades additive manufacturing processes have been used in industrial development processes to make prototypes. Due to increasing demands on materials and cost pressure, for several years now, technological advances have made it possible to produce parts that fulfill the quality requirements of a final product. This thesis deals with the testing of selected Neuburg Siliceous Earth Products with regard to their potential to improve the properties of light-curing 3D printing resins. Special focus is put on the investigation of the mechanical properties of acrylate-based resin formulations. Using the Blueprinter developed at the Technical University makes it possible to manufacture three-dimensional components in layers. Starting material for this is a mixture of photosensitive resins, specific additives and the Neuburg Siliceous Earth as a filler. The laser which is used illuminates the entire contour of the component that has to be manufactured and thus starts the polymerization. In postprocessing, the samples are then fully cured for evaluation. Subsequently, the test specimens are tested for their mechanical properties by means of the analysis methods: tensile test, notched-bar impact test and dynamic-mechanical analysis. The viscosity of the starting material is also determined and a fracture surface analysis of the samples tested is carried out. The aim of this work is the development of a formulation which has the best mechanical properties with the highest possible filler content. For this purpose, the product with the greatest potential must be determined from the available silicas and the choice of the appropriate photopolymer resins must be made.