Ziel dieser Arbeit ist es einen grundlegenden Einblick in die mechanischen Eigenschaften und die chemische Beständigkeit eines Photopolymers, dessen Grundmonomer Bisphenol A Dimethacrylat (Bis-DMA) ist, zu geben. Es wird untersucht, inwiefern sich der Werkstoff nach Einlagerung in verschiedenen Medien verhält und wie das Material degradiert wird. Dazu werden körperähnliche Flüssigkeiten verwendet um einen ersten Eindruck zu erhalten wie sich der Werkstoff, auch in Hinsicht auf Biokomptabilität, verhält.
Photopolymere, basierend auf Acrylharzen, finden immer mehr Anwendung in der 3D-Drucktechnik. Schnelle Verarbeitung, exzellente Oberflächenqualität, hohe Geschwindigkeit und eine niedrige Schichtdicke sind einige Vorteile des neuen Bildprojektionsverfahrens, auch digital light processing (DLP) genannt. Außerdem erhält man das Bauteil direkt aus einer am Computer gefertigten CAD-Datei. Letztendlich kann man mit dieser Technik nur Photopolymere verwenden, die aber, im technischen Sinne, kein neuer Werkstoff sind. Schon in der Antike verwendete man diese Materialien, die unter Sonnenlicht vernetzen, zur Mumifizierung und zur Abdichtung von Schiffen.
Eines der ersten photographischen Bilder basiert auch auf dem Prinzip der Lichtaushärtung. Im medizintechnischen Kontext ist es wichtig, dass diese Materialien nicht toxisch auf den Körper wirken. Als Implantate dürfen diese nicht zytotoxisch, kanzerogen oder genotoxisch sein. Auch als Anwendung außerhalb des Körpers darf keine allergische Reaktion auftreten. Der Werkstoff muss biokompatibel sein. Die heutigen Photopolymere basieren meistens auf Dimethacrylat Basis wie zum Beispiel Bisphenol A Glykoldimethacrylat (Bis-GMA), Triethylenglykoldimethacrylat (TEDGMA) oder Urethandimethacrylat (UDMA) und werden im Dentalbereich angewendet. Viele Studien zeigen, dass sich, nach dem Aushärten Substanzen aus dem Werkstoff, wie Restmonomere, Additive und Verunreinigungen, herauslösen. Diese wiederum sind laut Schmalz toxisch für das umgebende Gewebe und machen so eine medizinische Anwendung kaum möglich. Es besteht nun das Bestreben herauszufinden wie viel sich von diesen Substanzen aus dem fertigen Bauteil herauslösen und wann die Elution abgeschlossen ist. Mit diesen Erkenntnissen kann man dann den Anwendungszeitraum ermitteln und gegebenenfalls den Werkstoff in Hinsicht auf Biokompatibilität modifizieren.
Inhaltsverzeichnis (Table of Contents)
- 1 Einleitung
- 2 Stand der Technik
- 2.1 Photopolymere
- 2.1.1 Photopolymerisation
- 2.1.2 Anwendung
- 2.2 3D-Druck
- 2.2.1 Geschichte des 3D-Druck
- 2.2.2 Stereolithographie
- 2.2.3 DLP – Weiterentwicklung der Stereolithographie
- 2.2.4 Ausblick
- 2.1 Photopolymere
- 3 Material und Methoden
- 3.1 Material
- 3.1.1 Bisphenol A Dimethacrylat
- 3.1.2 Vergleich Bis-A-DMA mit gängigen Kunststoffen
- 3.1.3 Medien
- 3.2 Vorversuche
- 3.2.1 Temperatur
- 3.2.2 Prüfzeitraum
- 3.2.3 Trocknungsparameter
- 3.2.4 Konditionierung
- 3.3 Charakterisierung Ausgangsmaterial
- 3.3.1 Gewicht
- 3.3.2 Optische Analyse
- 3.3.3 Mechanische Analyse
- 3.3.4 Immersionsversuch
- 3.1 Material
- 4 Ergebnisse
- 5 Diskussion
- 5.1 Einfluss der Einlagerung auf die mechanischen Kennwerte
- 5.2 Einfluss der Einlagerung auf die Oberflächenmorphologie
- 5.3 Einfluss der Einlagerung auf die chemische Beständigkeit
- 6 Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte (Objectives and Key Themes)
Die Arbeit untersucht das Degradierungsverhalten eines Photopolymers mit Bisphenol A Dimethacrylat (Bis-DMA) als Grundmonomer. Im Fokus steht die Untersuchung des Materialverhaltens nach Einlagerung in verschiedenen Medien, insbesondere in Hinsicht auf Biokompatibilität.
- Einfluß der Einlagerung auf die mechanischen Eigenschaften des Materials
- Veränderung der Oberflächenmorphologie durch Einlagerung in verschiedenen Medien
- Chemische Beständigkeit des Materials gegenüber Wasser, simulierter Körperflüssigkeit und Ethanol
- Ermittlung der Wasser- und Medienaufnahme
- Erläuterung des Mechanismus der nachträglichen Vernetzung
Zusammenfassung der Kapitel (Chapter Summaries)
Die Einleitung gibt einen Überblick über den aktuellen Stand der Photopolymertechnologie und die Bedeutung von Photopolymeren im 3D-Druck. Außerdem werden die Herausforderungen hinsichtlich Biokompatibilität und das Ziel der Arbeit erläutert.
Das Kapitel "Stand der Technik" beleuchtet die Grundlagen der Photopolymerisation und beschreibt die verschiedenen Verfahren des 3D-Drucks, insbesondere die Stereolithographie und das Bildprojektionsverfahren.
Das Kapitel "Material und Methoden" beschreibt das in der Studie verwendete Photopolymermaterial, Bis-A-DMA, und die verwendeten Einlagerungsmedien. Es werden außerdem die Vorversuche zur Bestimmung der relevanten Parameter und die Methoden zur Charakterisierung des Ausgangsmaterials detailliert erläutert.
Das Kapitel "Ergebnisse" präsentiert die Ergebnisse der mechanischen Analyse, der Oberflächenuntersuchungen und der chemischen Beständigkeit des Materials nach Einlagerung in verschiedenen Medien. Die Ergebnisse werden in Form von Diagrammen und Tabellen dargestellt und detailliert interpretiert.
Das Kapitel "Diskussion" analysiert die Ergebnisse und setzt diese in den Kontext der aktuellen Forschung. Es werden mögliche Erklärungen für die beobachteten Effekte und deren Bedeutung für die Anwendung des Materials gegeben.
Schlüsselwörter (Keywords)
Die Arbeit beschäftigt sich mit dem Degradierungsverhalten von Photopolymeren, insbesondere Bisphenol A Dimethacrylat (Bis-DMA), für den 3D-Druck. Themenschwerpunkte sind die mechanischen Eigenschaften, die Oberflächenmorphologie und die chemische Beständigkeit des Materials nach Einlagerung in verschiedenen Medien. Die Arbeit untersucht die Auswirkungen von Wasser, simulierter Körperflüssigkeit und Ethanol auf das Material und ermittelt die Wasser- und Medienaufnahme. Im Fokus steht die nachträgliche Vernetzungsreaktion, die durch die Anwesenheit von Wasser bei erhöhter Temperatur induziert wird.
- Quote paper
- Marcel Huszár (Author), 2015, Degradierungsverhalten von Photopolymeren für den 3D-Druck, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/334176
