Silikonacrylate als Additive für den 3D-Druck von Photopolymeren

Abstract

Additive Fertigungstechniken erlangen einen immer höheren Stellenwert in Forschung und Wirtschaft. Vor allem der Schritt von einem auf die Herstellung von Forschungsobjekten fokussierten, hin zu einem industriell nutzbaren Verfahren war ein entscheidender. Bei der Lithographie-basierten Additiven Fertigung werden feste dreidimensionale Objekte schichtweise aus flüssigen bzw. hochviskosen Harzen hergestellt. Diese Photopolymere verfestigen sich unter dem Einfluss von UV-Licht und ermöglichen eine sehr präzise Fertigung. Durch die hohe Netzwerkdichte neigen diese Photopolymere in der Regel zu sprödem Verhalten oder erweichen bereits knapp über Raumtemperatur. In dieser Arbeit sollten die mechanischen und thermomechanischen Eigenschaften von bereits bekannten Hot Lithography Photopolymeren durch den Einsatz von Silikonacrylaten verbessert werden. Diese Additive besitzen eine besonders niedrige Glasübergangstemperatur (Tg = -110°C), sind begrenzt mit den Harzsystemen mischbar und sollen als fein verteilte weiche Phase die Materialeigenschaften verbessern. Verschiedene Muster dieser Silikonacrylate wurden zwei bekannten Harzmischungen zugegeben und die hergestellten Proben analysiert. Dabei wurde spezielles Augenmerk auf die DMA-Analyse und die Schlagzähigkeit gelegt. Beim Screening zeigte eine der Mischungen besonders vielversprechende Eigenschaften. Diese zeigte im Vergleich zur Referenz deutlich verbesserte Schlagzähigkeitswerte (Referenz: 10,33 ± 3,82 kJ m-2; Mit Additiv: 25,25 ± 4,77 kJ m-2), ohne die Glasübergangstemperatur deutlich zu verändern (Referenz: Tg = 98 °C; Mit Additiv: Tg = 96 °C.)Abschließend wurde die Verarbeitbarkeit des modifizierten Harzes im 3D Drucker überprüft und bestätigt.

Additive manufacturing techniques are becoming increasingly important in research and industry. Above all, the step from a research-oriented production towards an industrially was a decisive one. Lithography-based manufacturing techniques produce solid three-dimensional objects layer by layer from liquid or highly viscose resins. These photopolymers solidify under the influence of UV-light and allow very precise fabrication. Due to the high network density, these photopolymers tend to be brittle or soften just above room temperature. In this work, the mechanical and thermomechanical properties of already known hot lithography photopolymers were to be improved using silicone acrylates. These additives have a particularly low glass transition temperature (Tg = 110 °C) and are limited miscible with these resin systems. Therefore, they should improve the material properties as a finely distributed soft phase. Various samples of these additives are added to two known resin blends and the resulting mixtures are analyzed. DMA analysis and impact resistance are of particular interest. Screening of all mixtures revealed a particularly promising one. This blend showed significantly improved impact strength in comparison to the reference (Reference: 10,33 ± 3,82 kJ m-2; Additive: 25,25 ± 4,77 kJ m 2), without significantly altering the glass transition temperature (Reference: Tg = 98 °C; Additive: Tg = 96 °C). Furthermore, the material could easily be used in a 3D-printer to print parts.