3D- Rapid Prototyping Anlage
Final Report Abstract
Durch roboterassistierte additive Fertigung (Robocasting) wurden periodische 3D-Gitterstrukturen aus keramischen Hochleistungsmaterialien (Aluminiumoxid, Siliziumnitrid) erzeugt. Als Feedstock wurden kolloidale Pasten auf wässriger Basis eingesetzt, die bis zu 50 Vol.-% Keramikpartikel (d50 < 500 nm) enthielten. Um die Formstabilität nach Austritt aus der Ablagedüse zu gewährleisten wurde ein scherverdünnendes, thixotropes rheologisches Verhalten mit ausgeprägter Fließgrenze eingestellt. Hierdurch gelang es,kontinuierliche Filamente als freitragende Spannstrukturen herzustellen. Sowohl Voll- als auch Hohlfilamente wurden erstmals dargestellt. Ausgehend von den rheologischen Daten des Feedstocks wurden Modelle zur Vorhersage der Formstabilität der durch Robocasting generierten Strukturen abgeleitet und durch experimentelle Untersuchungen verifiziert. Die Ablage der Filamente erfolgte mit einem sechsachsigen Roboterarm, welcher einen Schneckenextruder führt. Vollfilamente mit Durchmessern von 0,3 bis 1,6 mm wurden mit Ablageraten bis zu 150 mm/s extrudiert. Strukturen aus durchgängigen Hohlfilamenten wurden mit bis zu 10 mm/s erzeugt, wobei knickfreie Biegeradien unter 1 mm erreicht wurden. Die Trocknung erfolgte u. a. durch Gefriertrocknung, sodass die Strukturen formstabil blieben und ein feinporöses Gefüge mit geschlossenen Poren erzeugt wurde. Der hohe Füllgrad der Pasten ermöglichte ein rissfreies Trocknen und geringe Sinterschwindung, während der geringe Organikanteil (<3 m.-%) einen Entbinderungsschritt vor dem finalen Sintern überflüssig machte. Damit gelang es, das Robocasting als Plattformtechnologie für die dreidimensionale Herstellung von frei designbaren keramischen Gitterstrukturen zu etablieren.
Publications
- Extrusion Foaming of a Preceramic Silicone Resin with a Variety of Profiles and Morphologies, Adv. Eng. Mat. 14 (2012) 1110-1115
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- Three-dimensional printing of SiSiC lattice truss structures, Mat. Sci. Eng. A. 560 (2012) 851-856
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- Robocasting of Alumina Hollow Filament Lattice Structures, J. Europ. Ceram. Soc. 33 (2013) 3243-3248
T. Schlordt, S. Schwanke, F. Keppner, T. Fey, N. Travitzky, P. Greil
