Verwendung von funktionalen lichtundurchlässigen Füllstoffen für den 3D-Druck

Es gibt einen immer steigenden Anspruch an Eigenschaften und Form für Bauteile in fast allen Anwendungsbereichen. Um komplexe Formen in Kleinserien herzustellen sind additive Fertigungsverfahren der perfekte Weg dazu. Jedoch sind diese auch durch die Auswahl der Materialien beschränkt. Für steigende Anforderungen an Bauteile gibt es gibt es also auch einen steigenden Bedarf für neue, einzigartige und funktionale Materialien und Materialkombinationen. Diese Materialien müssen auf die gezielte Anwendung und die gewollten Eigenschaften angepasst sein um ihre maximale Leistung zu entfalten. Um diese speziellen Materialkompositionen zu erreichen und für den 3D-Druck zugänglich zu machen wurden im BMBF-geförderten Projekt HyAdd3D Monomere mit speziellen Füllstoffen kombiniert, evaluiert, polymerisiert und für den 3D-Druck optimiert. Zur Erzeugung von Polymeren mit speziellen Eigenschaften wie z.B. elektrischer Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit oder Ferromagnetismus wurden verschiedene Monomer-Füllstoff-Initiator-Kombinationen untersucht und polymerisiert. In diesen Systemen wurden Monomere wie untersucht und zusammen mit funktionalen Füllstoffen wie Bornitriden, Metallpulvern, Kieselgelen, POSS (polyhedrale oligomere silsesquioxane) oder Lanthankupferoxiden in einer photochemischen Reaktion polymerisiert. Es wurden Probleme betrachtet wie Stabilisierung der Suspensionen, Photopolymerisation bei hohen Füllstoffgehalten, Veränderungen der Viskosität oder Lagerstabilität. Diese wurden im Hinblick auf die Verarbeitung im 3D-Druck und die finale Anwendung im Gehäusebau, in der Automobilindustrie oder in Elektromotoren konfrontiert und Lösungsansätze gefunden. Die Bereitstellung der Füllstoffe stellte noch eine zusätzliche Herausforderung, da hier nur wenige Materialien in den gewünschten Größen und Morphologien kommerziell vorhanden sind. Lanthankupferoxide z.B. wurden deswegen mittels eines einzigartigen thermischen Verfahrens, der APPtec, hergestellt und optimiert. Mit diesem Verfahren konnten verschieden dotierte Pulver auf Größe, Form und ihre Leitfähigkeit zugeschnitten werden. Unser Beitrag zeigt verschiedene Kombinationen von Monomeren und Füllstoffen, die aufeinander abgestimmt wurden und deren Eigenschaften für den 3D-Druck optimiert wurden, als auch deren Photopolymerisation in Modellsystemen.