Waltenberger, V. (2021). Optimierung des 3D-Druck Prozesses für die Herstellung mikrotexturierter Polymerproben und deren tribologische Eigenschaften [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2021.89307
E307 - Institut für Konstruktionswissenschaften und Produktentwicklung
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Date (published):
2021
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Number of Pages:
130
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Keywords:
3D Druck; Lasertexturierung
de
3D Printing; Laser Texturing
en
Abstract:
Wirtschaftliches Interesse an der Effizienzsteigerung technischer Anlagen stellt den treibenden Faktor der Erforschung der Texturierung von Oberflächen für die Optimierung des Reib- und Verschleißverhaltens dar. Dies spiegelt auch die Vielzahl an Publikationen zu diesem Thema in den letzten Jahren wider. In dieser Arbeit wird die Herstellung mikrotexturierter Oberflächen aus dem Photopolymer R11 mittels der additiven Fertigungsmethode Digital Light Projection, sowie die sich durch die Texturierung ergebenden Einflüsse auf das Reib- und Verschleißverhalten untersucht. Im Zuge dieser Forschungsarbeit werden ein- und multiskalige Rillentexturen, welche anschließend tribologisch charakterisiert werden, hergestellt. Durch optimale Wahl der Parameter des Druckprozesses sowie des Reinigungsprozesses zeigt sich, dass Texturen in geringer Abweichung von der geplanten Texturgeometrie und ohne Ablagerung unpolymerisierten Materials erzeugt werden können. Bei der Ermittlung des Reibkoeffizienten wird ein Kugel-Scheibe-Tribometer in linear reziprokem Modus unter Trockenreibung eingesetzt. Die Kugel wird dabei 0°/90° relativ zur Orientierung der Textur geführt. Die gemessenen Reibkoeffizienten zeigen eine Reduktion der Reibung der texturierten Oberflächen von bis zu 64% verglichen mit der untexturierten Referenzprobe. Trotz einer Reibreduktion für alle Texturtypen und Orientierungen zeigt sich eine klare Richtungsabhängigkeit des Reibkoeffizienten von der Orientierung der Textur. Bei der Messung 90° zu den Texturen offenbart sich die geringere Widerstandsfähigkeit der Texturstege gegen die anliegenden Kräfte. Durch das schnelle Abtragen der Texturen wird der Reibkoeffizient erhöht. Die Ergebnisse unterstreichen das Potential der Beeinflussung der Reib- und Verschleißeigenschaften von additiv gefertigten Polymereroberflächen durch Maßschneidern deren Oberfläche.
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The economic interest to improve the efficiency of industrial machines is being considered the most important factor driving research on improving friction and wear characteristics by surface texturing. This is also represented by the high number of publications on this topic in the last years. This study investigates the potential improvements of manufacturing microtextured polymer samples using additive manufacturing and the influence of the texture on friction and wear. Single- and multiscale groove-like surface textures are manufactured using digital light projection. Selecting optimum parameters for the printing and the cleaning processes proves to be very effective in manufacturing textures of little deviation from the CAD modeled geometry as well as without residues of unpolymerized material. The coefficient of friction was measured using a ball-on-disk tribometer in linear reciprocating sliding mode under dry friction with the textures orientated 0° and 90° relative to the sliding direction. Compared to the untextured reference sample the textures show a significant reduction in the coefficient of friction of up to 64%. Furthermore, even though all textured samples show a reduction in friction compared to the untextured sample, the direction of sliding influences the degree of friction reduction. When measured with an orientation 90° to the sliding direction, the textures show a lower resistance to the acting forces. Due to higher wear and partially teared textures the coefficient of friction increases. The results underline the high potential of modifying the friction and wear characteristics of 3D-printed polymer parts by tailoring their surface.
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Additional information:
Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers