Materialangepasste Prozessstrategien für das Lasersintern von Kunststoffen - Greiner, Sandra; Jaksch, Andreas; Drummer, Dietmar (27. Technomer - Fachtagung über Verarbeitung und Anwendung von Polymeren, 2021)
Das Lasersintern von Kunststoffen (LS) ermöglicht es Bauteile mit komplexen Geometrien ohne den Einsatz von Stützstrukturen und mit vergleichsweise hohen mechanischen Eigenschaften herzustellen. Aus diesen Gründen zählt es zu den vielversprechendsten additiven Fertigungstechnologien für die direkte Herstellung von individualisierten Bauteilen in der Kleinserie. In der Regel werden mittels LS teilkristalline Thermoplaste verarbeitet, da diese im Vergleich zu amorphen Werkstoffen höhere Bauteildichten erzielen. Um teilkristalline Thermoplaste erfolgreich zu verarbeiten, muss die Bauraumtemperatur auf ein materialspezifisches hohes Temperaturniveau gehoben werden, welches zwischen dem Beginn der Kristallisation und des Auf-schmelzens liegt. Der Laser bringt ortsselektiv die Energie zum Aufschmelzen der schichtabhängigen Bauteilquerschnitte ein, sodass bei einer Bauraumtemperatur zeit-gleich Schmelze und Pulver vorliegen können. Aus dieser Prozessführung ergeben sich hohe Temperaturen während der Bauphase, woraus die für das LS typischen hohen Abkühlzeiten und eine späte Bauteilverfügbarkeit resultieren. Es konnte nachgewiesen werden, dass unter quasi-isothermen Verarbeitungsbedingungen trotz des hohen Temperaturniveaus die Kristallisation und Erstarrung von Polyamid 12 wenige Schichten unterhalb der Pulverbettoberfläche erfolgt. Aus dieser Erkenntnis lassen sich neue Prozessstrategien für die Temperaturführung der Entnahmekammer ableiten, welche ein schnelleres Abkühlen von Bauteilen und die frühere Verfügbarkeit von Bauteilen ermöglichen. Als grundlegende Anforderung ist eine vergleichbare Temperaturhistorie aller Bauteile erforderlich. Entsprechend wird im Rahmen dieses Beitrags experimentell nachgewiesen, dass ein geometrieabhängiger Einfluss der Belichtung auf die vorherrschenden Temperaturfelder und Bauteileigenschaften besteht, welcher entweder im Rahmen der Standardprozessführung berücksichtigt werden muss oder durch materialangepasste fraktale Belichtungsstrategien vermieden werden kann. Anhand einer FEM-Simulation wird das Potential der Pro-zessbeschleunigung durch eine Anpassung des Baukammertemperiersystems mit lokal gesteuerter Abkühlung in z-Richtung dargestellt. Die entwickelten Strategien bieten die Möglichkeit einer Beschleunigung des LS-Prozesses sowie eine frühere Verfügbarkeit von Bauteilen mit gleichmäßigeren Bauteileigenschaften zu realisiere
Keywords: Additive Fertigung; Geometrieeinfluss; Temperaturkennwerte; Bauteileigenschaften; Belichtungsparameter; dynamische Abkühlstrategien; FEM-Simulation