Performance von 3D-gedruckten Hochleistungskunststoffen verglichen mit Standardbauteilen der Firma Hoerbiger

Abstract

Das Ziel dieser Masterarbeit ist es, anhand von standardisierten Tests der Firma HOERBIGER zu bestimmen, wie weit die Qualität und Performance von 3D-gedruckten Materialien vergleichbar ist mit herkömmlichen Verfahren. Dabei wird zwischen zwei Sparten unterschieden: einerseits werden Tests an hochbelasteten Ventilplatten durchgeführt und andererseits werden die tribologischen Eigenschaften von 3D- gedruckten Packungsringen untersucht.Dafür werden mittels Literaturrecherche Hochleistungskunststoffe identifiziert und Verfahren ermittelt, die für den Druck von Hochleistungskunstoffen tauglich sind. In Frage kommende Materialien werden als Ventilplatten und Ringsegmente bestellt und an den Prüfständen von HOERBIGER, die wichtigsten sind Shellrig und „Watschenmaschine“, untersucht. Untersuchungen am Digitalen Mikroskop und die Dynamisch-mechanische Analyse werden an der Technischen Universität Wien durchgeführt.Die Ergebnisse zeigen, dass im Allgemeinen geringe Defizite des 3D-Drucks vorhanden sind. Bei den tribologischen Werkstoffen kommen nur drei der elf getesteten Materialien für weitere Tests in Frage. Diese drei schneiden sowohl bei Reibkoeffizient, als auch Verschleiß etwas schlechter ab als die HOERBIGER Standardmaterialien. Bei den Ventilplatten weisen nur zwei der zwölf getesteten Materialien ähnliche Performance auf wie die HOERBIGER Standardmaterialien, wobei hier eine Verbesserung der Performance durch eine Optimierung der Druckparameter zu erwarten ist.Große Defizite hingegen werden beim Vermessen und bei der Ermittlung der Oberflächenbeschaffenheit der Bauteile festgestellt. Abschließend wird eine Designoptimierung des sogenannten XPR-Rings vorgenommen. Dafür wird ein eigenes Postprocessingverfahren entwickelt, welches ebenfalls an der Genauigkeit der Maße und Form- und Lagetoleranzen scheitert und auf dem Prüfstand keine plausiblen Ergebnisse liefert.

The aim of this master’s thesis is to determine how far the quality and performance of 3D printed materials is comparable to conventional methods using the same material. For this purpose standardized tests from HOERBIGER are used. A distinction is made between two applications: on the one hand, tests are carried out on highly stressed valve plates and on the other hand the tribological properties of 3D-printed packing rings are investigated.For this purpose, high-performance polymers and processes are determined for the printing of high-performance polymers by means of literature research. Eligible materials are ordered as valve plates and ring segments and tested at the test benches by HOERBIGER, the most important being Shellrig and ”Watschenmaschine“. Investigations at the digital microscope and the dynamic-mechanical analysis are carried out at the TU Wien.The results show that there are generally small deficits of 3D printing. In the case of tribological materials, only three of the eleven tested materials are suitable for further tests. These three have a slightly reduced coefficient of friction and wear than the HOERBIGER standard materials. In the case of the valve plates, only two of the twelve materials tested show similar performance to the HOERBIGER standard materials. An improvement in performance by optimization of the print parameters can be expected.On the other hand, major deficits are found when measuring and determining the surface quality of the components. Finally, a design optimization of the so-called XPR ring is carried out. A separate postprocessing procedure is being developed for this purpose. This also fails due to the accuracy of the dimensions and shape and position tolerances and does not deliver any plausible results on the test bench.