Erzeugung von Mikrorillenstrukturen mittels Additive Manufacturing und deren Auswirkungen auf die Benetzbarkeit und die tribologischen Eigenschaften

Abstract

In den letzten Jahren wurden vermehrt Studien bezüglich der reibungsreduzierenden Eigenschaften verschiedenster Oberflächenstrukturen durchgeführt. Diese Strukturen haben in den meisten Fällen eine Dimension von ein paar Mikrometern und müssen je nach Anwendungsfall speziell adaptiert werden. Der technische Fortschritt im Additive Manufacturing macht es möglich, Bauteile mit Strukturen in genau dieser Größenordnung herzustellen. Dies ermöglicht einen relativ schnellen und kostengünstigen Zugang zur Herstellung und Analyse neuartiger Topographiemuster. Des Weiteren bietet eine Herstellung mittels Additive Manufacturing (AM) die Möglichkeit, die Oberflächenstruktur schon im Bauprozess zu fertigen. Somit kann eine Veränderung der chemischen Zusammensetzung, welche durch eine nachträgliche Strukturierung entstehen kann, verhindert werden. In dieser Arbeit soll darauf eingegangen werden, ob es tatsächlich möglich ist brauchbare Oberflächenstrukturen mittels AM herzustellen. Zusätzlich sollen die dabei genutzten Technologien verglichen und eine Gegenüberstellung mit nachträglich laserstrukturierten Proben durchgeführt werden. Dabei sind vor allem die chemische Veränderung, die Strukturgeometrie, das Benetzungsverhalten der Oberflächen sowie die tribologischen Eigenschaften von besonderer Bedeutung.

In this work, periodic line like patterns were produced on different photopolymer samples by additive manufacturing and laser surface texturing. The homogeneity and symmetry of the produced patterns were characterized with white light interferometry and light microscopy. An ATR-FTIR Spectrometer was used to analyze the chemical changes after the structuring process. The hardness of the different samples was characterized with Shore-D measurements. Tribological experiments (polymer sample vs. 100Cr6 steel ball) under dry sliding conditions were performed using ball-on-disk tribometer in linear reciprocating sliding mode as a function of the relative alignment of the sliding direction with respect to the pattern orientation. The wettability was tested with a sessile drop experiment.