Übung 8 PBF-LB/P

• Die meisten im PBF-LB/P verarbeiteten Polymere sind teilkristalline Polymere. Bei Abkühlung unter die Kristallisationstemperatur Tc bilden sich aufgrund intermolekularer Wechselwirkungen zwischen den Polymerketten kristalline Abschnitte.

• Die Länge der Polymerketten und ihre Verflechtung verhindern eine vollständige Kristallisation des Polymers (die unter energetischen Gesichtspunkten am günstigsten wäre), daher der Begriff „teilkristallin“. Die kristallinen Lamellen befinden sich in einer Matrix aus amorphem Polymer.

• Da die Polymerketten in den kristallinen Bereichen dichter gepackt sind als im amorphen Zustand, führt die Kristallisation zu einer Volumenverringerung (= Schrumpfung).

• Amorphe Polymere lassen sich hinsichtlich der Schrumpfung leichter verarbeiten, da es keine plötzliche Schrumpfung bei Tc gibt, sondern nur die allmähliche Zunahme der Dichte, die stets durch Abkühlung verursacht wird

PBF-LB/P processing of plastics is done with a CO2 laser (wavelength: 10.6 µm) because many polymers absorb sufficiently in this spectral range.

• Der Pulverbehälter und der Bau bereich werden auf eine Temperatur knapp unterhalb der Schmelztemperatur des Polymers erhitzt.

• Ein Beschichtungsgerät trägt eine Pulverschicht von ca. 100 µ auf die Bauplattform auf.

• Ein CO₂-Laser scannt die Kontur des Bauteils, um die Partikel des Polymerpulvers entsprechend der Bauteilgeometrie selektiv zu sintern (zu schmelzen).

• Nach dem „Drucken“ sind die Teile vollständig vom ungesinterten Pulver umschlossen, und der Pulverbehälter muss abkühlen, bevor die Teile entnommen werden können.

• Die Teile werden mit Druckluft oder anderen Strahlmitteln gereinigt und sind sofort einsatzbereit.

Temperaturbereich für die thermische Bearbeitung: Bereich zwischen der Kristallitschmelztemperatur Tm und der Kristallisationstemperatur Tk. Gibt den möglichen Bereich der Temperatur im Einbauraum an.

Was passiert, wenn der Bearbeitungsbereich überschritten oder nicht erreicht wird?

• T zu niedrig: Ist die Temperatur im Verhältnis zur eingesetzten Laserleistung zu niedrig, kann es zu einer unvollständigen Partikelkoaleszenz und damit zu einer geringen mechanischen Festigkeit kommen. Die Polymerschmelze kristallisiert, es kommt zu Schrumpfung, was zu Verformungen (Wellenbildung) führt.

• T zu hoch: Ist die Temperatur zu hoch, schmilzt das Pulver unkontrolliert und es kommt zu Agglomerationen am Bauteil. Dies führt zu geometrischen Abweichungen.

Der Glasübergang ist NICHT dasselbe wie das Schmelzen.

Glasübergang

• Eigenschaft des amorphen Bereichs

• Unterhalb von Tg: ungeordneter amorpher Festkörper mit unbeweglichen Molekülen

• Oberhalb von Tg: ungeordneter amorpher Festkörper, in dem sich Teile der Moleküle hin und her bewegen können

• Ein Übergang zweiter Ordnung (siehe unten)

Schmelzen

• Eigenschaft des kristallinen Bereichs

• Unterhalb von Tm: geordneter kristalliner Festkörper

• Oberhalb von Tm: ungeordnete Schmelze

• Ein Übergang erster Ordnung (siehe unten)

Thermodynamische Übergänge werden in Übergänge erster oder zweiter Ordnung unterteilt. Bei einem Übergang erster Ordnung findet ein Wärmeaustausch zwischen dem System und der Umgebung statt, und das System erfährt eine abrupte Volumenänderung. Bei einem Übergang zweiter Ordnung findet kein Wärmeaustausch statt, die Wärmekapazität ändert sich jedoch. Das Volumen passt sich an die erhöhte Bewegung der sich hin- und herbewegenden Ketten an, verändert sich dabei jedoch nicht sprunghaft. Veranschaulichende Diagramme des spezifischen Volumens in Abhängigkeit von der Temperatur sind rechts für amorphe und kristalline Polymere dargestellt.

• Aufgrund des hohen Emissionsgrades von Polymerpulver (ca. 0,90 bei Polyamid) und der geringen Wärmeleitfähigkeit (ca. 0,14 W/(m·K) im Vergleich zu 200 W/(m·K) bei Aluminiumfestkörpern – Faktor 1000) reicht die Beheizung der Gebäudefläche allein nicht aus

• Das Polymerpulver würde zu viel Wärme abstrahlen und würde sich nicht ausreichend erwärmen

  • Infrarotheizung zwingend erforderlich

1. Warm up and cool down phase

2. Coating

• Das in den PBF-LB/P-Prozess eingespeiste Pulver altert aufgrund der Temperatur

• SLA-Pulver ist zu 50 % recycelbar

• Beim Nesting wird der verfügbare Raum so optimal wie möglich genutzt, um in einem Druckvorgang so viele Teile wie möglich herzustellen.

• Dies gilt für PBF-LB/P; bei LPBF ist dies aufgrund der erforderlichen Stützstrukturen nicht möglich.

  
  

Typical surface roughnesses for PBF-LB/P parts from PA 12 are typically around

Ra ≈10 µm ± 3 µm and Rz ≈ 100 µm ± 50 µm