Strukturierung polymerer Oberflächen nach biologischem Vorbild

Motiviert durch gute Verschleiß- und Reibeigenschaften von mikrostrukturierten biologischen Oberflächen im Vergleich zu unstrukturierten technischen Oberflächen, ist das Ziel dieser Arbeit die Strukturierung von polymeren Oberflächen nach biologischem Vorbild. Besonderes Augenmerk wird hierbei auf die Berücksichtigung der in der Natur vorherrschenden Variationsbreite der Strukturierung gelegt. Die in ariden Gebieten vorkommende Koloquinte, sowie der Sandskink werden aufgrund ihrer guten tribologischen Eigenschaften als biologische Vorbilder verwendet. Um eine prinzipielle Machbarkeit der herzustellenden randomisierten Strukturen zu untersuchen, wird zunächst vertieft auf den Stand der Technik eingegangen. Hierbei werden Verfahren, welche heute zur Strukturierung von Werkzeugoberflächen verwendet werden, wie Laserablation und Ätzen, oder bei der Massenproduktion von polymeren Bauteilen eingesetzt werden, wie Spritzgießen und Prägen, genauer betrachtet. Zur technischen Umsetzung der biologischen Vorbilder werden zunächst verschiedene theoretische Ansätze vorgestellt. Im Weiteren werden für eine mögliche Herstellung verschiedene randomisierte und geordnete CAD-Modelle mit dem Programm Rhinoceros® generiert. Hierbei wird auf die technischen Grenzen der CAD Modellierung sowie moderner Strukturierungsverfahren hingewiesen. Die erstellten CAD-Modelle werden für Analogiebetrachtungen mittels Selektivem-Laser-Sintern im Maßstab 200:1 gefertigt. Durch die hohen Herstellungskosten für randomisierte, mikrostrukturierte Oberflächen und den technischen Grenzen bei der Herstellung werden aufgrund des Kosten-Nutzen-Verhältnisses die erzeugten Nachbildungen der biologischen Vorbilder nicht umgesetzt. Vielmehr werden für eine erste Evaluation mit ähnlich strukturierten Probekörpern einfache Abformtests durch Abgießen durchgeführt. Zuletzt werden die Ergebnisse dieser Arbeit reflektierend und kritisch betrachtet. Im Ausblick wird auf die Grenzen heutiger Strukturierungsverfahren und mögliche Anwendungsbeispiele für mikrostrukturierte Oberflächen eingegangen.