Selektives Strahlschmelzen von Polymer-Blends: Prozess- und Werkstoffanforderungen

Abstract

In den letzten Jahren haben sich Anforderungen an Produkte bezüglich deren Individualisierungs- und Spezialisierungsgrad erhöht. Durch den Trend hin zu individualisierten Serienprodukten wird von den eingesetzten Fertigungsverfahren eine gesteigerte Flexibilität erwartet. Additive Fertigungsverfahren, mit deren Hilfe Bauteile direkt ohne spezifische Werkzeuge oder Formen aus einem CAD-Datensatz hergestellt werden, erfüllen dieses erweiterte Anforderungsprofil an die Prozesstechnik. Die stark eingeschränkte Werkstoffvielfalt beim selektiven Laserstrahlschmelzen von Kunststoffen, bzw. selektiven Laser-Sintern, verhindert jedoch derzeit die Marktdurchdringung dieses Fertigungsverfahrens. Die Erweiterung der nutzbaren Werkstoffpalette z. B. durch Polymer-Blends, Werkstoffsysteme bestehend aus mindestens zwei polymeren Komponenten, stellt somit einen wesentlichen Innovationsbeitrag dar. Im Rahmen der dargestellten Untersuchungen wird zunächst die prinzipielle Eignung von Blendsystemen zur Verarbeitung in pulver- und strahlbasierten Prozessen, in diesem Fall mittels selektiven Laserstrahlschmelzen, untersucht. Im Zuge dessen werden prozessseitige und werkstoffliche Anforderungen an mögliche polymere Werkstoffsysteme herausgearbeitet, mit dem Ziel Materialkombinationen zu finden, die mittels pulver- und strahlbasierter additiver Fertigungsverfahren verarbeitet werden können. Anhand konkreter Mischungen zweier Polymere wird die Machbarkeit des Verfahrens überprüft und der Einfluss einiger zentraler Prozessparameter, wie z. B. der Laserleistung und Scangeschwindigkeit, auf sich ergebende Werkstoffeigenschaften analysiert. Im Rahmen von Verarbeitungsversuchen auf Einzelschicht- bzw. Einzellinienebene werden Polymer-Blends bestehend aus Polypropylen (PP)/Polyoxymethylen (POM) sowie PP/Polyamid 12 (PA12) in verschiedenen Mischungsverhältnissen verarbeitet. Aus den resultierenden Schmelzeschichtdicken und -linienbreiten lassen sich Rückschlüsse auf die Strahl-Pulver-Wechselwirkung ziehen. Anhand von Dünnschnitten wird außerdem die sich ergebende Phasenmorphologie analysiert. Die dargestellten Untersuchungen verbinden das selektive Laserstrahlschmelzen mit der Blendtechnologie, sodass zukünftig die werkzeuglose Herstellung individueller Bauteile mit einem spezifischen, auf die jeweilige Anwendung angepassten Eigenschaftsprofil, möglich wird.