„Wem es gelingt, mit einem besseren Produkt weit vor der Konkurrenz am Markt zu sein, sichert sich einen klaren Wettbewerbsvorteil.“ Diese Aussage unterstreicht die besondere Bedeutung des Faktors Zeit im Zieldreieck von schneller Produktentwicklung, kosten¬günstiger Herstellung und hoher Qualität. Die Forderung nach kürzeren Entwicklungs¬zyklen, um eine schnellere Marktpräsenz zu ermöglichen, übt auf die Konstruktions- und Prototypen¬abteilungen der Unternehmen einen starken Zeitdruck aus. Zusätzlich müssen durch sinkende Produkt¬lebenszeiten die Kosten der Entwicklungsphase reduziert werden, damit ein Erzeugnis früher gewinnbringend für ein Unternehmen wird.
Ein entscheidender Zeit- und Kostenfaktor für das Erreichen der Marktreife eines Produktes ist die Erstellung von Prototypen. Diese dienen als Design-, Funktions- und Fertigungsstudien und werden schon früh in die Planungsphase einbezogen. Die hohen Kosten resultieren aus dem erheblichen manuellen Aufwand, der bei der Erzeugung von Prototypen nötig ist. Dank neuer, automatisierter Fertigungsverfahren lässt sich der Zeit- und Kostenaufwand aber wesentlich reduzieren. Diese generativen Fertigungsverfahren, die unter dem Sammelbegriff „Rapid Prototyping“ zusammengefasst werden, erlauben die Herstellung von Werkstücken ohne Umwege aus CAD-Daten. Dabei wird ein Körper schichtweise aus Material aufgebaut – ein entgegengesetzter Weg zum Zerspanen. Mittler¬weile kann der Anwender aus ca. 20 verschiedenen kommerziellen Verfahren wählen. Eines davon ist das selektive Lasersintern – 1986 an der University of Texas in Austin entwickelt, bei dem ein schichtweise aufgetragenes Pulver mit Hilfe eines Lasers lokal erhitzt und gesintert wird. Im Vergleich zu allen anderen Rapid Prototyping-Verfahren besitzt das selektive Laser¬sintern den Vorteil des großen Umfangs an verarbeitbaren Werkstoffen, denn prinzipiell ist jedes pulverförmige, schmelzbare Material verwendbar.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Grundlagen
- Wirtschaftliche Bedeutung des Rapid Prototyping
- Datenaufbereitung für RP-Systeme
- Übersicht der wichtigsten RP-Verfahren
- Stereolithographie (SL)
- 3D-Printing (3DP)
- Fused Deposition Modelling (FDM)
- Laminated Object Manufacturing (LOM)
- Selektives Lasersintern (SLS)
- Rapid Prototyping von Keramiken
- Stereolithographie (SL)
- 3D-Printing (3DP)
- Fused Deposition of Ceramics (FDC)
- Laminated Object Manufacturing (LOM)
- Selektives Lasersintern (SLS)
- Verfahrensablauf der Bauteilherstellung mittels selektiver Laserstrahl-Vernetzung (SLV)
- Formgebung des Ausgangspulvers in der Lasersinteranlage
- Funktionsprinzip der SLV
- Energieeintrag in das Pulver
- Technologie der SLV
- Eigenspannungen bei der SLV
- Eigenschaften des präkeramischen Polymers Polymethylsiloxan
- Aufgabenstellung und Zielsetzung
- Experimentelle Durchführung
- Ausgangsstoffe
- Polymethylsiloxan
- Keramische Füllstoffe
- Herstellung der Proben
- Untersuchungsmethoden
- Benetzungsversuche
- FTIR-Spektroskopie
- Thermogravimetrische Messungen
- Temperaturmessungen
- Gefügeuntersuchungen
- Röntgenographische Phasenanalyse
- Dichte und Porosität
- Mikroskopie
- Mechanische Festigkeit
- Ausgangsstoffe
- Ergebnisse
- Rieselfähigkeit der Ausgangsmischung
- Benetzbarkeit der keramischen Partikel mit dem PMS
- Grundlagenversuche zur Wechselwirkung Laserstrahl – Ausgangspulver
- Optische Eigenschaften des Ausgangspulvers
- Temperaturmessungen während der Laser-Vernetzung
- Entstehung von Linien und Schichten während der Laser-Vernetzung
- Optische Erscheinung der vernetzten Schichten
- Linienbreite und Sintertiefe
- Maẞabweichung vernetzter Biegeprobestäbchen
- Eigenspannungen - Krümmung von Biegeprobestäbchen
- Krümmung bei vernetzten Biegeprobestäbchen
- Formstabilität während der Pyrolyse - Aufschmelzverhalten der Proben
- Keramische Ausbeute
- Lineare Schwindung
- Gefügeuntersuchungen an vernetzten und pyrolysierten Proben
- Röntgenographische Phasenanalyse
- Dichte und Porosität
- Dichte vernetzter und pyrolysierter Biegeprobestäbchen
- Porosität vernetzter und pyrolysierter Biegeprobestäbchen
- Gefüge der vernetzten und pyrolysierten Proben
- Einfluss des Füllstofftyps: Al2O3 oder SiC
- Einfluss des Füllstoffanteils
- Einfluss der Laserparameter
- Postinfiltration mit Silizium
- Mechanische Festigkeit
- Near-Net-Shape Fertigung des Musterbauteils,Turbinenrad’
- Diskussion
- Einfluss des Füllstoffs auf die SLV
- Einfluss des Füllstoffanteils auf die SLV
- Einfluss der Laserparameter auf die SLV
- Eignung der verwendeten Pulvermischungen
- Schlussfolgerungen
- Zusammenfassung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Herstellung von keramischen Verbundwerkstoffen mittels selektiver Laserstrahl-Vernetzung (SLV) von präkeramischen Polymeren. Ziel ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das die Herstellung komplexer dreidimensionaler keramischer Bauteile mit definierten Eigenschaften ermöglicht. Die Arbeit untersucht die Einflussfaktoren auf den SLV-Prozess und die resultierenden Eigenschaften der keramischen Bauteile.
- Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung keramischer Verbundwerkstoffe durch SLV von präkeramischen Polymeren
- Untersuchung der Einflussfaktoren auf den SLV-Prozess, wie z.B. Füllstofftyp, Füllstoffanteil und Laserparameter
- Charakterisierung der mechanischen und mikroskopischen Eigenschaften der hergestellten keramischen Verbundwerkstoffe
- Bewertung der Eignung des Verfahrens für die Herstellung komplexer dreidimensionaler keramischer Bauteile
- Diskussion der Potenziale und Herausforderungen der SLV-Technologie für die Herstellung keramischer Verbundwerkstoffe
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Einleitung: Dieses Kapitel liefert eine Einführung in die Thematik der Diplomarbeit und erläutert die Bedeutung der Entwicklung neuartiger Verfahren zur Herstellung keramischer Verbundwerkstoffe.
- Kapitel 2: Grundlagen: Dieses Kapitel stellt die relevanten Grundlagen des Rapid Prototyping (RP) und der selektiven Laserstrahl-Vernetzung (SLV) dar. Es werden die wichtigsten RP-Verfahren vorgestellt und die Anwendung von SLV in der Herstellung von keramischen Verbundwerkstoffen diskutiert.
- Kapitel 3: Experimentelle Durchführung: Dieses Kapitel beschreibt die experimentelle Vorgehensweise bei der Herstellung und Charakterisierung der keramischen Verbundwerkstoffe. Es werden die verwendeten Ausgangsstoffe, die Herstellung der Proben und die eingesetzten Untersuchungsmethoden detailliert erläutert.
- Kapitel 4: Ergebnisse: Dieses Kapitel präsentiert die Ergebnisse der durchgeführten Experimente. Es werden die Einflussfaktoren auf den SLV-Prozess und die Eigenschaften der hergestellten keramischen Verbundwerkstoffe diskutiert.
Schlüsselwörter
Keramische Verbundwerkstoffe, selektive Laserstrahl-Vernetzung (SLV), Rapid Prototyping (RP), präkeramisches Polymer, Polymethylsiloxan (PMS), Füllstoff, Laserparameter, Gefüge, mechanische Eigenschaften, Near-Net-Shape Fertigung.
- Citar trabajo
- Tobias Friedel (Autor), 2004, Herstellung von keramischen Verbundwerkstoffen mittels Rapid Prototyping (SLS), Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/31400
