Einfluss des Pulverauftragsprozesses auf den selektiven Strahlschmelzprozess thermoplastischer Kunststoffe

Abstract

Die additive Bauteilfertigung mittels selektiven Strahlschmelzens von thermoplastischem Kunststoffpulver erfolgt durch die zyklische Abfolge der Teilprozesse Pulverauftrag, Belichtung und Materialkonsolidierung. Die erzielbaren mechanischen und geometrischen Bauteileigenschaften hängen im hohen Maße von den Wechselwirkungen dieser Teilprozesse untereinander und dem verwendeten Materialsystem ab. Zur Erhöhung der Prozessreproduzierbarkeit sowie der Bauteilgüte ist ein grundsätzliches Verständnis der Ursache-Wirk-Beziehungen zwischen Teilprozessen und spezifischem Materialverhalten von hoher Bedeutung. Insbesondere der Einfluss des Pulverauftrags, z. B. der Auftragsgeschwindigkeit oder des Auftragsmechanismus (Walze oder Rakel) auf den Strahlschmelzprozess bzw. die resultierenden Bauteileigenschaften, ist bis dato unzureichend beschrieben. Im folgenden Beitrag wird zunächst der Einfluss des Schichtauftrags auf die Thermodynamik des Strahlschmelzprozesses analysiert. Hierzu werden insbesondere Temperaturgradienten, respektive die Kühlraten, zwischen Auftragsmechanismus und belichteter Schicht für fortschreitende Bauzeiten untersucht. Im Anschluss erfolgt ein Vergleich mit dem thermischen Prozessfenster des PA12-Werkstoffsystems, welches mittels Differenzialkalorimetrie (DSC) für variierende Kühlraten ermittelt wird. Durch die Analyse variierender Auftragsgeschwindigkeiten wird der Abkühlgrad der belichteten Schicht untersucht. So entsteht ein grundlegendes Verständnis des Einflusses variierender Pulverauftragsparameter.