Hybridmaterialien für die lithographiebasierte additive Fertigung

Abstract

Additive Fertigungsverfahren haben schon seit Jahren einen hohen Stellenwert in Forschung und Industrie. Die Anforderungen an die Materialien steigen ständig. Im Rahmen dieser Arbeit wurde an einem polymeren Hybridmaterial mit besonders guten mechanischen Eigenschaften für das additive Verfahren Digital Light Processing geforscht. Das Ziel bestand darin, ein Material zu entwickeln, welches eine hohe Festigkeit aber auch eine hohe Bruchzähigkeit besitzt. Das Prinzip beruht auf der Theorie der interpenetrierenden Netzwerke, bei dem ein Material mit exzellenten Eigenschaften aus zwei verschiedenartigen Polymernetzwerken gebildet wird. Dabei sollen die jeweils positiven Eigenschaften beider Ausgangspolymere im Hybridmaterial wieder zu erkennen sein. Es wurden die drei Hybridsysteme Acrylat-Epoxid, Acrylat-Silikon und Acrylat-Polyurethan untersucht. Nach dem Gießen der Probekörper wurden diese auf ihre mechanischen Eigenschaften mittels der Analyseverfahren dynamisch mechanischer Analyse, Zugversuch und Kerbschlagbiegeversuch getestet. Die besten mechanischen Eigenschaften wurden mit dem Acrylat-PUR-System erzielt. Dieses weist sowohl hohe Festigkeit, als auch geringe Sprödigkeit und gute Schlagzähigkeit auf. Zuletzt wurde dieses Material erfolgreich mittels DLP-Drucker verbaut und getestet. Die Messergebnisse der mechanischen Prüfverfahren unterscheiden sich nicht von jenen der gegossenen Proben.

During the past years Additive Manufacturing arose its importance as well as the requirements to fulfil the material’s quality. One kind of high quality materials are hybrid polymers which is intended to be used for Digital Light Processing. The mechanical properties and application of this high-quality polymer were investigated in this thesis. The target was to create a material which exhibits a high strength and high toughness at the same time. As a result, only the positive properties of the starting material shall remain. The three hybrid systems Acrylate-Epoxide, Acrylate-Silicone and Acrylate-Polyurethane were examined. After casting the specimens, the mechanical behaviour was tested by three analytical methods; dynamic mechanical spectroscopy, tensile testing and Charpy impact strength. At the end, the material was successfully printed with the DLP Printer and its mechanical behaviour tested. The mechanical-analysis results do not distinguish how the samples were created. The cast specimen shows the same mechanical behaviour as the printed one.