Analyse der Potenziale von Nachbehandlungsmethoden zur Reduktion prozessinhärenter Oberflächenrauheiten von PBF-LB/P und MEX gefertigten Bauteilen sowie Untersuchung der Auswirkungen auf mechanische Eigenschaften
Im Bereich der Additiven Fertigung ist ein Wachstum insbesondere beim pulverbettbasierten Schmelzen mit Polymeren (PBF-LB/P), aber auch bei der Materialextrusion festzustellen. Eine steigende Nachfrage von der Einzelteilfertigung bis hin zur Serienproduktion kann in verschiedenen Industriebranchen verzeichnet werden. Viele dieser gefertigten Teile erfordern eine Nachbearbeitung nach ihrer Herstellung. Bei dem sogenannten Post-Processing werden je nach Verfahren z. B. Pulverreste oder etwaige Stützstrukturen entfernt. Im Nachgang können die Bauteile noch weiter nachbehandelt werden. In der Additiven Fertigung besteht so ein zunehmender Bedarf an verschiedenen Methoden zur Nachbehandlung. Vom klassischen mechanischen Gleitschleifen über das elektrochemische Galvanisieren bis hin zur chemischen bzw. physikalischen Nachbehandlung mit einer Säure oder einem Lösungsmittel (im Folgenden als Chemikalie zusammengefasst) wie beim Tauchätzen liegen hier diverse Möglichkeiten zur nachträglichen Optimierung der additiv gefertigten Bauteile vor. Mittels einer geeigneten Nachbehandlungsmethode können in Abhängigkeit von dem additiven Fertigungsverfahren, dem Material und dem Einsatz des Bauteils die optischen und funktionalen Eigenschaften verbessert oder auch geändert werden.
Aufgrund des Bedarfs und der zunehmenden Nachfrage an Bauteilen mit verbesserten topographischen Oberflächen und mechanischen Eigenschaften werden in dieser vorliegenden Arbeit additiv hergestellte Proben nachbehandelt. Für die Nachbehandlung wird das konventionelle Gleitschleifen und das auf die Additive Fertigung angepasste Tauchätzen bzw. Bedampfen mit einer Chemikalie angewendet.
Um die Potenziale der Nachbehandlungsverfahren bestimmen zu können, werden Probekörper aus Polyamid 12 und Polypropylen im PBF-LB/P-Verfahren gefertigt, nachbehandelt und anschließend die Eigenschaften wie beispielsweise die resultierenden Rauheiten, Maßhaltigkeiten, Bruchdehnungen oder maximale Zugfestigkeiten ermittelt. Zusätzlich erfolgt die Bestimmung des möglichen Einflusses der Nachbehandlung mit einer Säure auf Polyamid 12-Proben durch die Analyseverfahren der Dynamischen Differenzkalorimetrie, der Schmelze-Volumenfließrate und der Thermogravimetrie.
Außerdem werden Proben aus der Materialextrusion aus Polyamid 12 gefertigt und auf gleiche Weise wie die Proben aus dem pulverbettbasierten Schmelzen nachbehandelt und auf ihre Oberflächenrauheits- und mechanischen Kennwerte untersucht.
Ergebnisse zeigen, dass eine signifikante Reduzierung der Oberflächenrauheit durch eine Nachbehandlung mit einer Chemikalie möglich ist, wodurch sich ein Anstieg der Bruchdehnung aufgrund der Reduzierung der Kerbwirkung ergibt.
In the field of additive manufacturing, growth is particularly evident in powder bed fusion with polymers (PBF-LB/P), but also in material extrusion and other processes. There is an increasing demand for single part production through to series production in various industrial sectors. Many of these manufactured parts require post-processing after they have been produced. During post-processing, powder residues or any support structures are removed, for example, depending on the process. The components can then be further post-processed. There is an increasing demand in additive manufacturing for various post-processing methods. From classic mechanical vibratory grinding and electro-chemical electroplating to chemical or physical post-treatment with a chemical, such as dip etching, there are various options for the subsequent optimization of additively manufactured components. Depending on the additive manufacturing process, material and use of the component, the optical and functional properties can be enhanced or altered through appropriate post-treatment methods.
Due to the need and increasing demand for components with improved topographical surfaces and mechanical properties, additively manufactured samples are post-processed in this thesis. Conventional vibratory grinding and dip coating or vapor deposition with a chemical, adapted to additive manufacturing, are used for post-processing.
In order to determine the potential of the post-treatment processes, test specimens made of polyamide 12 and polypropylene are produced using the PBF-LB/P process, post-treatment is carried out and the properties such as the resulting roughness, dimensional accuracy, elongation at break or maximum tensile strength are then determined. In addition, the possible influence of post-treatment with an acid on polyamide 12 samples is determined using the analysis methods of differential scanning calorimetry, melt volume flow rate and thermogravimetry.
Furthermore, samples from the material extrusion of polyamide 12 are manufactured and post-treated in the same way as the samples from the powder bed fusion and examined for their surface roughness and mechanical characteristics.
Measurements show that a significant reduction in surface roughness is possible by post-treatment with a chemical, which results in an increase in elongation at break due to the reduction in the notch effect.
Preview
Cite
Rights
Use and reproduction:
This work may be used under a
Creative Commons Attribution - NonCommercial - NoDerivatives 4.0 License (CC BY-NC-ND 4.0)
.