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Prozessadditive

Additive Fertigungstechnologien stellen hohe Anforderungen an die Verarbeitungseigenschaften der zu druckenden anorganisch-nichtmetallischen Massen. Damit diese „druckbar“ sind, müssen sie so modifiziert werden, dass sie nach der Ausbringung unbedingt formstabil bleiben und dem Druck der weiteren aufgedruckten Schichten standhalten. Es ist essentiell, dass die Oberflächen der gedruckten Massen eine genügend hohe chemische Reaktivität aufweisen, um die einzelnen Schichten ausreichend miteinander verbinden zu können und so einen stabilen schichtweisen Aufbau zu ermöglichen. Zudem darf es zu keiner Aushärtung innerhalb des Druckaggregates kommen, um ein Verkleben oder Verstopfen der Komponenten zu verhindern.

Bei der additiven Fertigung kommen der Rheologie und Plastizität der Masse sowie deren Aushärtungsverhalten (Art der Bindung, Abbindekinetik) damit besondere Bedeutung zu. Zusätzlich, zu den durch die Fertigungstechnik gestellten Anforderungen, müssen jedoch auch die gewünschten Eigenschaften des späteren Bauteils berücksichtigt werden. Hierzu zählen insbesondere die Porosität, die Grünfestigkeit und die Endfestigkeit.

Prozessadditive

Sämtliche dieser Eigenschaften der Massen / Werkstoffe müssen gezielt durch die Zugabe von Hilfsstoffen, den Prozessadditiven, gesteuert werden. Einer unserer Arbeitsschwerpunkte liegt daher in der Entwicklung spezifischer Prozessadditive und neuartiger Additivkombinationen für die Bedarfe der unterschiedlichen 3D-Fertigungstechnologien. Hierbei kommt es darauf an, eine Integrität zwischen den verwendeten mineralischen Rohstoffen, den eingesetzten Fertigungsteiltechnologien und vollständig neuartigem Bauteildesign so zu verknüpfen, dass in allen drei Anforderungsprofilen optimale Verarbeitungs- mit Werkstoffeigenschaften realisiert werden.

Neben der Synthese geeigneter anorganischer und organischer Additive sowie verschiedenen Sol-Gel-Additivkombinationen, umfassen die Arbeiten des Kompetenzzentrums im Themenfeld „Prozessadditive“ auch Laborversuche zur Nutzung der entwickelten Additive mit mineralischen Pulverversatzkomponenten. Im Vordergrund steht hierbei die Versatzentwicklung und Versatzprüfung (hinsichtlich bspw. Rheologie, Plastifizierung und Abbindekinetik) mit dem Ziel der Bestimmung des Wechselwirkungsverhaltens zwischen den entwickelten Additivkombinationen und Pulverversätzen. Die entsprechende Auswahl und Kombination der verschiedenen Arten von Prozessadditiven kann nur dann adäquat erfolgen, wenn ihre Wirkungsweise in der Rezeptur und ihre Wechselwirkungen untereinander nachvollziehbar verstanden werden. Nur so kann sichergestellt werden, dass sich die Verbindungen nicht in ihren jeweils gewünschten Funktionalitäten behindern oder beeinträchtigen, sondern idealerweise ergänzen und effektiv wirken können. Umfassende Analysen des chemischen, mineralischen und strukturellen Aufbaus der Additive und die Korrelation mit ihren hieraus resultierenden Eigenschaften, dienen daher dazu, grundlegend das Verständnis der Wirkmechanismen von Prozessadditiven wissenschaftlich zu beschreiben. Die eingesetzten Analyseverfahren umfassen dabei spektroskopische Methoden wie die Raman- und Infrarotspektroskopie, die Röntgendiffraktometrie und die Kernspinresonanzspektroskopie sowie bildgebende Verfahren wie die Rasterelektronenmikroskopie und die Computertomographie.

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