Lecture 3 - Plastic AM 1 Flashcards
Arten von Photopolymeren
Acrylharze: Reaktion = radikalische Polymerisation
Epoxy: Harze Reaktion = Kationische Polymerisation z.B . über PAG (photo acid generator)
-> bildet eine Säure Kation ) unter Belichtung und startet initiiert ) die Reaktion
Thiol-Ene: Reaktion = Polyaddition , Lichtinduzierte Addition eines Thiols ( SH) ( wie Alkohole OH), nur O durch S ersetzt ) and ein En ” En Doppelbindung ) unter Bildung eines
Thiolethers S –): alternative Photochemie : wird am ILT erforscht
Others:
Es gibt hybride Systeme mit mehreren parallelen Reaktionen . Dual Cure nutzt zwei
Reaktionstypen ( z.B . Acrylisch schnell ) + Epoxy (fest) Vorteil reagiert schnell bei
Bestrahlung und härtet vollständig im Ofen Blitzlichtofen nach . (Schneller Bauprozess , feste
Produkte
Einsatz von Vernetzern
- Photopolymere bilden i.d.R . Duroplaste (thermoset
- Durplaste sind hochverbetzte Polymere (highly crosslinked)
- Bei geringerer Vernetzung entstehen Elastomere
- Thermoplaste können nicht verwendet erzeugt werden Hauptunterschied SLS/FDM/…, wo
nur schmelzbare Thermoplaste zum Einsatz kommen - Bei den Photopolymer Verfahren entsteht das Polymer erst im Prozess Vorher sind es nur
Monomere oder Vorstufen für Polymere , sogenannte Präpolymere
use of crosslinkers
Results:
- Photopolymers form usually thermosets thermoset materials
- Thermosets are highly cross linked polymers
- Lower cross linking results in elastomers
- Thermoplastics can‘t be used produced main difference SLS/FDM/…, where only fusible
thermoplastics are used - In photopolymer processes , the polymer is only formed in the process
previously, these are only monomers or precursors for polymers, so called prepolymers
Single and multiphoton excitation
singel-photon:
anregung erfolgt über der gesamten Wegstrecke bis die Intensität des Photons unter Matrialschwellwert fällt
multiphoton:
hohe photonendichte wird im Material erzeugt
durch gebündelten laser
Unterschiedliche
Ansätze zur Belichtung
Free surface vs. bottom up
on the free surface
disadvantages
*For larger components a squeegee is required
*also a larger resin bath is necessary , because the the probe must be completely immersed
*(air) oxygen inhibition of some reactions on the surface e.g. with acrylates)
layer thickness adjustment by distance between component and glass plate (bottom)
advantages
*Simple layer lining
*Less material required
disadvantages
*Component must be detached from the floor after each layer
Laser Scanning (SLA) Vs. Projection (DLP)
Bei der Erstellung großer oder vieler Bauteile ist die Projektion im
Vorteil , da die gesamte Fläche belichtet werden kann .
Bei der SLA muss die Fläche mit einem
Füllmuster gefüllt werden ., die Prozesszeit steigt daher nahezu linear mit der Fläche . Bei
größerem Bauraum muss die DLP Projektion bewegt werden ( -> Problem des Stitching
Kacheln des Bildfeldes ). Die Projektion kann auch vergrößert werden , dabei sinkt aber die
Auflösung
Stereolithography
Control of curing depth Cd
Laser trifft auf die Oberfläche und wird vom Photopolymer absorbiert . Das Absorptionsvermögen des Materials kann auf die verwendete Wellenlänge eingestellt werden .
Dies erfolgt i.d.R . durch Zugabe von Absorbern mit einem molaren Extinktionskoeffizienten epsilon lamda ) und deren Konzentration c. Die Eindringtiefe des Lichts ( nach Lambert Beer) wird als pentration depth Dp und die resultierende Aushärtungstiefe des Mateirals mit CP bezeichnet
: Formel für die Berechnung der Maximalen Leistung an der Oberfläche
𝑬𝒎𝒂𝒙=sqrt(𝟐/𝝅)*𝑷/(𝑾𝟎𝑽𝒔)
With:
P Laser power (average)
W0 Radius of Gaussian beam (limit 1/e^2)
Vs Scan velocity (const.)
Working Curve control of curing depth
Cd = Dp*ln( Emax / Ec)
Cd curing depth
Dp penetration depth (irradiance < 1/e ~ 37%)
Emax maximum laser exposure (surface)
Ec critical exposure (curing threshold)
Eine Typische Arbeitskurve für eine Prozess Material Kombination . Dabei wird die Dosis varriert
und die Aushärtetiefe gemessen und halblogarithmisch aufgetragen
Additive Manufacturing
Plastic AM I
General procedure
preparation:
part desing; support design; slicing; equip with platform
manufacturing:
platform adjustment; exposure; detaching
post-process:
part removal; washing “develop”; support removal; post curing
TwoCure
*Bauteile können in ganzem Volumen angeordnet werden dichte Packung ( nicht nur auf
Plattform
*Jede gefrorene “ Schicht kann als neue Plattform fungieren
*Der gefrorene Bereich ersetzt in seiner Funktion die Supportstrukturen
*Nach dem Prozess werden die gefrorenen Bereiche durch erhitzen geschmolzen und die
Produkte werden befreit
Selective laser sintering (SLS)
A powder deposition unit (e.g. a roller or a blade) deposits
thin powder layers (typical layer thickness approx.
60 150 µm)
The crystallization leads to a reduction in
volume (shrinkage) and should be avoided
during the SLS process
