Disentangled UHMWPE-Komposite zur Herstellung von verzugsfreien SLS-Bauteilen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Philipp Imgrund, seit 7/2020; Professor Dr. Gerrit A. Luinstra
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Chemische und Thermische Verfahrenstechnik ; Kunststofftechnik ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Polymermaterialien ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409807874

Mit dem SLS-Verfahren verarbeitbare Pulver basieren primär auf PA12 und dessen Derivaten, so dass die Materialpalette dieses additiven Fertigungsverfahrens sichtlich limitiert ist. Das Ziel dieses Projektes ist es daher, die Herstellung von funktionalen maßgeschneiderten UHMWPE-Polymerkompositpulvern zur Produktion von verzugsfreien SLS-Bauteilen mit einem optimierten Eigenschaftsprofil. Die Kombination aus in-situ-Polymerisationstechniken zur Herstellung von funktionalen Polymerpulvern und simulationsunterstützte Maßnahmen gegen den Verzug stellen die Vorgehensweise zur additive Fertigung von mechanisch stabileren und dimensionsstabileren SLS-Bauteilen dar.Zu Beginn sollen single-walled CNT Nanokomposite aus disentangled UHMWPE hergestellt und mittels SLS prozessiert werden. Dies führt zu Bauteilen aus dem chemisch und mechanisch außerodentlich stabilen entangled UHMWPE. Die niedrige Anfangsviskosität der disentangled UHMWPE-Schmelze beim Sintern führt erwartungsgemäß zu einer höheren Verschlaufungsdichte und somit zur gesteigerten Haftung zwischen den Partikeln. Ferner wird eine numerische Simulation zur Bestimmung der Temperaturverteilung im Bauteil erstellt und mittels aufgenommener Daten einer Thermalkamera validiert. Die im Sinterprozess auftretenden Temperaturgradienten – sowohl simuliert als auch gemessen – werden mit dem materialspezifischen Kristallisationsverhalten korreliert. Basierend auf diesen Korrelationen soll durch an den Sinterprozess anknüpfende Temperaturanpassungen in der Abkühlphase eine inhomogene Kristallisation und dadurch Verzug verhindert werden. Anschließend wird das Eigenschaftsprofil der hergestellten SLS-Bauteile experimentell bestimmt und gegen Referenzmaterialien wie beispielsweise thermisch gesinterte UHMWPE-Nanokomposite verglichen. Während des gesamten Projektes werden überdies Feedbackschleifen durchlaufen. Diese erstrecken sich über die resultierenden Material- und Sintereigenschaften bis hin zur Materialherstellung und dienen der Optimierung wie auch dem gesteigerten Verständnis des gesamten Systems- vom Monomer bis zum Produkt.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2122: Neue Materialien für die laserbasierte additive Fertigung
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Claus Emmelmann, bis 6/2020