Ziel dieser Arbeit ist, Verständnis über den Zusammenhang zwischen dem Alterungszustand des Ausgangspulvers und der Oberflächengüte von lasergesinterten Bauteilen zu erhalten.
Voraussetzung für den Erfolg von Selektivem Lasersintern ist das Verständnis zwischen Prozessstellgrößen und dem Einfluss auf resultierende Bauteilqualitäten. Ausgangspunkt dieser vorliegenden Untersuchung ist dabei die Herstellung von Bauteilen mit Polyamid 12 Pulver. Dabei wird das Pulver, das nach der Bauteilherstellung überschüssig ist, für einen neuen Baujob verwendet. Je öfter das verbliebene Pulver wiederverwendet wird, desto länger war das Pulver hohen Bauraumtemperaturen ausgesetzt. Es kommt zur physikalischen und oder chemischen Alterung des Kunststoffpulvers. Nach der Herstellung der Bauteile werden je-weils die Oberflächen der Bauteile mittels Laser-Scanning-Mikroskop aufgenommen. Darauf aufbauend wird ein Zusammenhang zwischen Pulveralterungszustand und der Oberflächengüte der Bauteile hergestellt.
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG
2 GRUNDLAGEN
2.1 Additive Fertigung
2.2 Selektives Laserstrahlschmelzen von Kunststoffen
2.2.1 Einordnung
2.2.2 Funktionsprinzip
2.2.3 Werkstoffe beim Lasersintern
2.2.4 Prozessparameter beim Lasersintern
2.3 Alterung von Kunststoffen
2.3.1 Allgemeines
2.3.2 Chemische Alterung von Kunststoffen
2.3.3 Physikalische Alterung von Kunststoffen
2.3.4 Alterung von Polyamid
2.4 Oberflächenrauheit
2.4.1 Allgemeines
2.4.2 Profilfilter
2.4.3 Rauheitskenngrößen
2.4.4 Oberflächenmessgeräte
3 VERSUCHSDURCHFÜHRUNG
3.1 Verarbeitungsversuche
3.1.1 Verarbeitungsversuche auf der Forschungsanlage des SFB814
3.1.2 Verarbeitungsversuche auf der DTM Sinterstation 2000
3.2 Bestimmung der Oberflächenrauhigkeit
3.3 Versuchsplan
4 ERGEBNISSE UND AUSWERTUNG
4.1 Gegenüberstellung gängiger Parameter zur Bestimmung der Oberflächeneigenschaften
4.1.1 Linienkennwerte
4.1.2 Flächenkennwerte
4.1.3 Materialanteilsparameter
4.2 Reproduzierbarkeit der Oberflächengüte
4.3 Abhängigkeit der Oberflächengüte von der Anzahl an Verarbeitungszyklen
4.4 Analyse der Oberflächenqualität von Seitenkanten
4.5 Analyse der Oberflächenqualität an der Unterseite
4.6 Gegenüberstellung der Ergebnisse verschiedener Anlagensysteme
5 ZUSAMMENFASSUNG
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit untersucht den Zusammenhang zwischen dem Alterungszustand des für das selektive Lasersintern verwendeten Polyamid-12-Pulvers und der resultierenden Oberflächengüte der hergestellten Bauteile, um ein tieferes Verständnis für die Einflüsse von Prozessstellgrößen auf die Bauteilqualität zu gewinnen.
- Methodische Bestimmung geeigneter Rauheitsparameter für lasergesinterte Oberflächen.
- Analyse der Reproduzierbarkeit der Oberflächengüte innerhalb und zwischen verschiedenen Baujobs.
- Untersuchung der Abhängigkeit der Oberflächenqualität von der Anzahl der Verarbeitungszyklen (Pulveralterung).
- Vergleichende Analyse der Oberflächeneigenschaften auf zwei unterschiedlichen Anlagensystemen.
Auszug aus dem Buch
2.2.2 Funktionsprinzip
Der selektive Lasersinterprozess basiert auf dem Verschmelzen eines pulverartigen Ausgangsstoffes [5]. Der Durchmesser dieser Kunststoffpulverpartikel beträgt in der Regel 50 bis 100 µm. Die für den Prozess erforderliche Energie wird durch Laserstrahlung eingebracht [5]. Durch Absorption an den Pulverpartikeln wird die Strahlungsenergie des Lasers in Wärme umgewandelt. Der enge Fokus des Lasers schränkt den Wirkungsbereich lokal ein. Der Werkstoff wird lokal infolge der Strahlungsenergie auf Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur erwärmt. Der aufgeschmolzene Kunststoff verbindet sich mit den benachbarten Körnern. [5]
Zur Herstellung von Bauteilen wird der Laser in parallelen Linien über die Pulverpartikel bewegt. Werden mehrere Linien nebeneinander mit einem geringem Abstand belichtet, so entsteht eine Schicht. Der Abstand zwischen den Linien ist so gering, dass sich diese überlappen und sich somit miteinander verbinden können [5]. Durch Absenken der fertig belichteten Schicht und erneutes Beschichten mit Pulver wird analog zur ersten Schicht die zweite Schicht erzeugt. Dabei verbindet sich die erste Schicht mit der gerade erzeugten Schicht [6]. Die Sintertiefe ᵟ des Lasers (siehe Abbildung 8) muss hierbei tiefer sein als die Höhe (Dicke) der zuvor aufgetragenen Pulverschicht, damit sich die Schichten miteinander vereinigen können. [5]
Zusammenfassung der Kapitel
1 EINLEITUNG: Einführung in die Problematik kurzer Entwicklungszeiten und die Bedeutung der additiven Fertigung sowie Definition des Ziels, den Zusammenhang zwischen Pulveralterung und Oberflächengüte zu verstehen.
2 GRUNDLAGEN: Vermittlung theoretischer Basiskenntnisse zu additiven Fertigungsverfahren, dem selektiven Lasersintern, Alterungsmechanismen bei Polymeren sowie gängigen Rauheitskenngrößen.
3 VERSUCHSDURCHFÜHRUNG: Beschreibung des experimentellen Aufbaus, der verwendeten Anlagen (SFB814, DTM Sinterstation 2000), des Werkstoffs PA12 und der Vorgehensweise bei der Rauheitsmessung mittels Laser-Scanning-Mikroskopie.
4 ERGEBNISSE UND AUSWERTUNG: Detaillierte Darstellung und Diskussion der Messergebnisse bezüglich Linien-, Flächen- und Materialanteilsparametern, Reproduzierbarkeit, Einfluss der Pulveralterung sowie Vergleich verschiedener Anlagensysteme.
5 ZUSAMMENFASSUNG: Zusammenfassende Betrachtung der Erkenntnisse über den Einfluss der thermischen Belastung des Pulvers auf die Oberflächengüte und Empfehlungen zur Parameterwahl bei der Analyse.
Schlüsselwörter
Selektives Lasersintern, SLS, Polyamid 12, Pulveralterung, Oberflächengüte, Rauheitskenngrößen, Mittenrauwert, Rautiefe, Flächenkennwerte, Laser-Scanning-Mikroskopie, Thermoplaste, Bauteilqualität, Prozessparameter, Additive Fertigung, Materialanteilsparameter
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser wissenschaftlichen Arbeit grundlegend?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Analyse der Oberflächenqualität von Bauteilen, die im selektiven Lasersintern (SLS) mit Polyamid 12 hergestellt wurden, wobei insbesondere der Einfluss der Pulveralterung untersucht wird.
Welches sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Die zentralen Felder umfassen die physikalischen und chemischen Alterungsprozesse von Kunststoffpulvern unter thermischer Belastung sowie die messtechnische Erfassung und statistische Auswertung von Oberflächenrauheit an lasergesinterten Bauteilen.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist es, ein besseres Verständnis für den Zusammenhang zwischen dem Alterungszustand des Ausgangspulvers (bedingt durch wiederholte Bauzyklen) und der resultierenden Oberflächengüte von Bauteilen zu erlangen.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden angewendet?
Es werden experimentelle Verarbeitungsversuche auf zwei verschiedenen Lasersinter-Anlagen durchgeführt und die resultierende Oberflächengüte mittels konfokaler Laser-Scanning-Mikroskopie quantitativ ausgewertet.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Versuchsdurchführung sowie die umfangreiche Ergebnisdarstellung, in der Linien- und Flächenparameter analysiert, die Reproduzierbarkeit bewertet und der Einfluss der Anzahl an Verarbeitungszyklen aufgezeigt wird.
Durch welche Schlüsselwörter lässt sich diese Arbeit charakterisieren?
Zu den wichtigsten Begriffen gehören Selektives Lasersintern, Polyamid 12, Pulveralterung, Oberflächengüte, Rauheitskenngrößen und Laser-Scanning-Mikroskopie.
Welchen Einfluss hat die Bauteilposition auf das Messergebnis?
Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Position eines Zugstabes innerhalb des Bauraums der untersuchten Maschinen keinen signifikanten Einfluss auf die festgestellte Oberflächenqualität hat.
Warum wird die Viskosität des Kunststoffs als maßgeblich für die Rauheit angeführt?
Mit zunehmendem Pulveralterungszustand steigt die Viskosität der Schmelze durch Nachkondensation; dies führt dazu, dass weniger ungeschmolzene Pulverpartikel an der Oberfläche anhaften, wodurch die gemessene Rauheit sinkt.
Warum werden Flächenkennwerte den Linienkennwerten vorgezogen?
Flächenkennwerte, wie der arithmetische Mittenrauwert Sa, zeigen bei der Untersuchung der rauen Lasersinteroberflächen geringere Standardabweichungen und bilden die tatsächliche Oberflächenbeschaffenheit im Vergleich zu einzelnen Schnittlinien realistischer ab.
- Arbeit zitieren
- Johannes Köck (Autor:in), 2014, Analyse der Oberflächenqualität lasergesinterter Bauteile in Abhängigkeit des Alterungszustandes, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/377821
