Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik...

20
Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts- Professoren der Kunststofftechnik Journal of Plastics Technology archivierte, peer-rezensierte Internetzeitschrift des Wissenschaftlichen Arbeitskreises Kunststofftechnik (WAK) archival, peer-reviewed online Journal of the Scientific Alliance of Polymer Technology www.kunststofftech.com; www.plasticseng.com eingereicht/handed in: 30.01.2008 angenommen/accepted: 05.03.2008 Prof. Dr.-Ing. E. Schmachtenberg Dipl.-Ing. R. Feulner, Dipl.-Ing. D. Rietzel, Dipl.-Ing. B. Wendel Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Kunststofftechnik Wechselwirkungen Kunststoff - Laserprozess Die Anwendungsfelder von Lasern reichen in der Kunststofftechnik von der Beschriftung über das Schweißen bis hin zu formlosen Formgebungsverfahren in der Additiven Fertigung. Gezieltes Einbrin- gen von Füll- und Verstärkungsstoffen erlaubt das Maßschneidern der Werkstoffeigenschaften sowohl hinsichtlich der Anforderungen der Fertigungsverfahren als auch für die Anwendung. Am Beispiel des Selektiven Lasersinterns wird der Einfluss von Werkstoff und Fertigungsprozess auf die inneren Bau- teil- und letztlich die Gebrauchseigenschaften verdeutlicht. Forscher des LKT konnten am Beispiel von POM zeigen, dass bislang für dieses Verfahren nicht nutzbare Kunststoffe zu Pulvern aufbereitet und durch Lasersintern zu komplexen Bauteilen verarbeitet werden können. Interdependencies Plastics – Laser Process The application areas of lasers in plastics engineering are ranging from labelling and welding of parts to toolless Additive Processing. Selective placement of fillers and reinforcements permit tailor-made material properties both regarding production process and application’s requirements. Cited Selective Lasersintering as an example, the influence of material and production process on the inner and fi- nally the part properties are clarified. LKT’s researchers were able to demonstrate with polyoxmethyl- ene (POM) that so far not suitable materials can successfully be pre-processed in order to be manu- factured to complex parts via Selective Lasersintering. © Carl Hanser Verlag Zeitschrift Kunststofftechnik / Journal of Plastics Technology 4 (2008) 3 © 2008 Carl Hanser Verlag, München www.kunststofftech.com Nicht zur Verwendung in Intranet- und Internet-Angeboten sowie elektronischen Verteilern.

Transcript of Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik...

Page 1: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher

Arbeitskreis der

Universitäts-

Professoren der

Kunststofftechnik

Journal of Plastics Technologyarchivierte, peer-rezensierte Internetzeitschrift des Wissenschaftlichen Arbeitskreises Kunststofftechnik (WAK) archival, peer-reviewed online Journal of the Scientific Alliance of Polymer Technologywww.kunststofftech.com; www.plasticseng.com

eingereicht/handed in: 30.01.2008 angenommen/accepted: 05.03.2008

Prof. Dr.-Ing. E. SchmachtenbergDipl.-Ing. R. Feulner, Dipl.-Ing. D. Rietzel, Dipl.-Ing. B. WendelUniversität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Kunststofftechnik

Wechselwirkungen Kunststoff - Laserprozess Die Anwendungsfelder von Lasern reichen in der Kunststofftechnik von der Beschriftung über das Schweißen bis hin zu formlosen Formgebungsverfahren in der Additiven Fertigung. Gezieltes Einbrin-gen von Füll- und Verstärkungsstoffen erlaubt das Maßschneidern der Werkstoffeigenschaften sowohl hinsichtlich der Anforderungen der Fertigungsverfahren als auch für die Anwendung. Am Beispiel des Selektiven Lasersinterns wird der Einfluss von Werkstoff und Fertigungsprozess auf die inneren Bau-teil- und letztlich die Gebrauchseigenschaften verdeutlicht. Forscher des LKT konnten am Beispiel von POM zeigen, dass bislang für dieses Verfahren nicht nutzbare Kunststoffe zu Pulvern aufbereitet und durch Lasersintern zu komplexen Bauteilen verarbeitet werden können.

Interdependencies Plastics – Laser Process The application areas of lasers in plastics engineering are ranging from labelling and welding of parts to toolless Additive Processing. Selective placement of fillers and reinforcements permit tailor-made material properties both regarding production process and application’s requirements. Cited Selective Lasersintering as an example, the influence of material and production process on the inner and fi-nally the part properties are clarified. LKT’s researchers were able to demonstrate with polyoxmethyl-ene (POM) that so far not suitable materials can successfully be pre-processed in order to be manu-factured to complex parts via Selective Lasersintering.

© Carl Hanser Verlag Zeitschrift Kunststofftechnik / Journal of Plastics Technology 4 (2008) 3

© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 2: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Wechselwirkungen Kunststoff - Laserprozess

E. Schmachtenberg, R. Feulner, D. Rietzel, B. Wendel

1 Einleitung

Der Laser ist heute ein wichtiges Werkzeug zur Be- und Verarbeitung von Kunststoffen. Nachdem zunächst das Schweißen von Kunststoffen technische Bedeutung erlangte, folgten die Oberflächenmodifikation durch den Laser (Be-schriften, Herstellung von lokaler Leitfähigkeit, Moulded Interconnecting Devi-ces) und schließlich das Urformen ganzer Bauteile im Rapid Prototyping Pro-zess. Heute lässt sich absehen, dass einige dieser Verfahren das Potential aufweisen, hochwertige Produkte unter hohen Qualitätsanforderungen in klei-nen und mittleren Serien kostengünstig zu fertigen [1]. Die Verfahren des Rapid Prototyping entwickeln sich zur Klasse der Additiven Fertigungstechnik. Mit der steigenden Zahl der Anwendungen und deren wirtschaftlicher Bedeutung be-steht die Notwendigkeit, das Verständnis der Wechselwirkungsprozesse zwi-schen dem Werkstoff Kunststoff und dem Laser zu untersuchen. Der vorliegen-de Beitrag wird aus dem heutigen, vergleichsweise jungen Stand der Technik referieren und wesentliche Fragestellungen für die zukünftige Forschung auf-werfen. Dabei konzentriert er sich auf die Fragestellung der Wechselwirkungen zwischen Laser und Kunststoff im Bereich der Additiven Fertigung und hier ins-besondere auf das Verfahren des Selektiven Lasersinterns.

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 2

© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 3: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Schmachtenberg, Feulner, Rietzel, Wendel WW Kunststoff - Laserprozess

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 3

200 µm

Polycarbonat(Absorption mit Ruß modifiziert)

Polycarbonat(hohe Transmission)

2 Absorption

Die Lasertechnologie er-laubt es, Licht (Energie) mit einem definierten Strahl-durchmesser und einer de-finierten Wellenlänge in ei-nen Prozess einzubringen. In der Wechselwirkung mit dem Licht unterscheiden sich Kunststoffe von vielen anderen Werkstoffen da-durch, dass sie in Abhän-gigkeit von der Wellenlänge des Lichtes die Energie in einem unterschiedlichen Maß absorbieren (Bild 1).

Laserstrahlschweißen

Spezielle Prozesse, wie das Laserdurchstrahlschweißen (Bild 2) nutzen die Eigenschaft geringer Absorptionsgrade (Transparenz), um die Energie durch das Bauteil in die Prozesszone zu leiten.

Bild 2: Laserdurchstrahlschweißen von Kunststoffen

links: Prinzip des Laserdurchstrahlschweißens [3] rechts: mittels Laserdurchstrahlschweißen gefügtes Polycarbonat

Im Bereich der Fügezone kann dann durch Einbringen von Farbpigmenten oder anderer Zusatzstoffen (farbgebende und dispergierende Pigmente, lösliche

Bild 1: Absorptionsspektrum verschiedener Kunst-stoffe in Abhängigkeit von der Wellenlänge des Lichtes [2]

© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 4: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Schmachtenberg, Feulner, Rietzel, Wendel WW Kunststoff - Laserprozess

organische Farbstoffe, Ruß, etc.) das Absorptionsverhalten des Kunststoffes modifiziert werden, um lokal begrenzt in der Fügezone die Energieabsorption zu erreichen (siehe Bild 3).

Bild 3: Absorptionsverhalten der Kunststoffe [4]

An diesem Beispiel wird bereits ein wesentliches Prinzip erkennbar, das grundlegend für die Kunststoffe in den ihnen charakteristischen Verarbeitungs-prozessen ist: Durch die Modifikation des Werkstoffes (hier Pigmentzugabe) werden die Werkstoffeigenschaften für den Prozess maßgeschneidert. So kann durch die unterschiedlichen Wellenlängen des sichtbaren Lichtes und des Infra-rotlasers ein Kunststoff so eingestellt werden, dass er die gleiche Farbanmutunghat, aber für das infrarote Licht absorbierend oder transparent ist.

Laserbeschriftung und Laserdirektstrukturierung

Das Laserlicht wird in der Kunststofftechnik auch zur lokalen Aktivierung verwendet. Der Fertigungsprozess Laserdirektstrukturierung (LDS) (siehe Bild 4)ermöglicht z.B., Kupfer zur Erzeugung von Leiterbahnen auf geometrisch komplexen Bauteilen selektiv abzuscheiden. Somit ist es möglich, Leiterbahnen in Gehäusebauteile zu integrieren. Ein weiteres bekanntes Verfahren der Kunststofftechnik, das den Laserstrahl als Energiequelle nutzt, wird für die Beschriftung verwendet. Die absorbierte Licht-energie wird mit jeweils angepassten Energiedosen eingesetzt. Hohe Energie-dosen verdampfen den Kunststoff, so dass eine sichtbare Vertiefung entsteht. In Abhängigkeit von dem vorliegenden Kunststoff und der verwendeten

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 4© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 5: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Schmachtenberg, Feulner, Rietzel, Wendel WW Kunststoff - Laserprozess

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 5

Laserstrahlquelle kann das Material mittels des Wärmeeintrags geschäumt oder ein Farbumschlag angestoßen werden (Bild 5 und Tabelle 1).

Bild 5: Prozesse der Laserbeschriftung [6, 8, 9]

Laser

Spritzgießen Laseraktivierung Metallisierung

aktivierter Bereich abgeschiedenes Kupfer (Leiterbahn)

Bild 4: Leiterbahnenerzeugung mittels Laserdirektstrukturierung LDS [5]

umschlag

ieren

n

Farb

Grav

Schäume

Material verdampft selektiv Hohe Leistungsdichte

eingeschlossen und reflektie-ren Licht diffus.

Erhabene Markierung entsteht

Moleküleigenschaften, und damit der opti-schen Eigenschaften

Oberfläche bleibt weitgehend unbeschädigt

In Werkstoff entsteht Kavität

Der Kunststoff schmilzt lokal Durch das Schmelzen entste-

hende Gasbläschen werden beim Abkühlen im Material

Laser ermöglicht gezieltes Verändern von

Relais

Lichtmaschinenabdeckung

Laser

Laser

Laser

© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 6: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Schmachtenberg, Feulner, Rietzel, Wendel WW Kunststoff - Laserprozess

Gut beschriftbar ohne Additive

Gut beschriftbar mit Additiven Ergebnisse ohne Additive abhängig von der

Farbe des Materials

Nicht beschriftbar ohne Laseradditiv

PA

PS

POM

PPS

PES

PE

PI

PVC

ABS

PC

PBT

PEEK

entspr. Blends

(z.B. PC/ABS) Glasfaserverstärkte Typen

PU

Polyolefine

(PEHD, PP)

PMMA

PTFE

Tabelle 1: Laserbeschriftbare Kunststoffe [6, 7, 16]

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 6© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 7: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Schmachtenberg, Feulner, Rietzel, Wendel WW Kunststoff - Laserprozess

3 Konsolidierungsmechanismen

Es ist nicht ausreichend, nur die unmittelbare Wechselwirkung zwischen dem Laserstrahl und dem Werkstoff zu betrachten, es ist auch der Verarbeitungs-prozess zu untersuchen. Bei den lasergestützten Urform- und Fügeprozessen ist es das Ziel, ein zusammenhängendes, möglichst homogenes und eigen-spannungsfreies Bauteil zu erzeugen. Ganz grundsätzlich kann dabei von Vor-produkten unterschiedlichster Form und Aggregatzuständen ausgegangen wer-den,Bild 6. Der Laser übernimmt hier die Aufgabe des Energieeintrags zur Initiie-rung des Füge- bzw. des Konsolidierungsprozesses.

SelectiveMask

Sintering(SMS)

Additive Fertigungsverfahren

flüssig gasförmig

Draht Pulver Folie Flüssigkeit Gas

Aufschmelzenund

Erstarren

FusedDepositionModeling

(FDM)

Aufschmelzenund

Erstarren

VerfestigendurchBinder

SelectiveLaser

Sintering(SLS)

ElectronBeam

Melting(EBM)

3D-Printing(3DP)

Ausschneidenund

Fügen

Ausschneidenund

Polymerisieren

LaminatedObject

Manufacturing(LOM)

Solid Foil

Polymerisation(SFP)

Polymerisieren

Stereo-Litho-

Graphy(SLA)

chemischeReaktion

LaserJetChemicalVapor

Deposition(LCVD)

fest

Bild 6: Additive Fertigungsverfahren, eingeteilt nach dem Konsolidierungsprinzip [10, 11]

Im Folgenden wird auf die industriell besonders relevanten lasergestützten Prozesse Laser-Stereolithographie und das Selektive Lasersintern eingegangen.

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 7© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 8: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Schmachtenberg, Feulner, Rietzel, Wendel WW Kunststoff - Laserprozess

Laser-Stereolithographie

Die Laser-Stereolithographie ist das älteste Rapid Prototyping Verfahren. Das Verfahrensprinzip beruht auf der Photopolymerisation. Spezielle flüssige Kunststoffe (z.B. photosensitive Epoxidharze) werden unter Einwirkung von UV-Licht selektiv ausgehärtet. Als Energiequelle werden Festkörperlaserstrahlquelleneingesetzt. Das flüssige Monomer befindet sich in einem Behälter, der zugleich als Bauraum und Vorratsbehälter dient. Darin ist eine in z-Richtung verschiebbare Bauplattform integriert. Die über dem Bauraum angeordnete Laser-Scanner-Einheit projiziert die Schichtinformation auf die Oberfläche des Harzbades. Die Aushärtung wird in der horizontalen Ebene durch den Durchmesser des Laserstrahls, in der vertikalen Ebene durch die optische Eindringtiefe des Lasers in das verwendete Harz begrenzt. Nach der Verfestigung dieser Schicht wird die Bauplattform um die gewählte bzw. definierte Schichtstärke abgesenkt. Nach dem Auftragen einer neuen Harzschicht mittels eines Beschichters wiederholt sich der Prozess, bis das Bauteil schichtweise aufgebaut ist (siehe Bild 7). Die Bauteile weisen in der Regel eine bis zu 96 % ige Polymerisation auf. Die vollständige Aushärtung erfolgt anschließend mittels eines UV-Ofens. Laser-Stereolitho-graphiemodelle weisen im Vergleich zu anderen RP-Verfahren einen hohen Detaillierungsgrad und sehr gute Oberflächenqualitäten auf.

Bild 7: Verfahrensablauf bei der Laser-Stereolithographie, nach [10]

Selektives Lasersintern

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 8© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 9: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Schmachtenberg, Feulner, Rietzel, Wendel WW Kunststoff - Laserprozess

In der Technik bevorzugt ist der Prozess des Aufschmelzens und Erstarrens zur Erzeugung eines homogenen Bauteils. Daher nutzt die Mehrzahl der Additiven Fertigungsverfahren dieses Prinzip. Der Vorteil dieses Konsolidierungsprinzips ist der Verzicht auf chemische Reaktionen im Prozess. Die Vorprodukte sind inert, nicht toxisch, leicht handhabbar und wenig empfindlich gegenüber Stör-einflüssen, z.B. der Lagerung oder im Verarbeitungsprozess. Im Vergleich von Metallen und Kunststoffen erkennt man für dieses Konsolidierungsprinzip we-sentliche Unterschiede im Werkstoffverhalten (siehe Tabelle 2), welche etwa in den Prozessen des Additiven Fertigens zu beachten sind.

Eigenschaft Thermoplaste Metalle

Schmelztemperatur 100 °C - 350 °C 138 °C - 1500 °C

Wärmeausdehnungskoeffizient ~1 % / 100 °C ~0,01 % / 100 °C

Fließeigenschaften der Schmelze zähflüssig dünnflüssig

Oberflächenspannung der Schmelze niedrig hoch

Tabelle 2: Eigenschaften von Metallen und Kunststoffen im Vergleich

Aus diesen Eigenschaften resultieren unterschiedliche Prozessstrategien: Bei den Metallen zwingt die hohe Oberflächenspannung dazu, die Menge des aufge-schmolzenen Metalls klein zu halten, da es sonst zu Agglomerationen kommt. Es wird also auf den erstarrten Untergrund eine kleine Menge Schmelze aufgebracht, die während des Bauprozesses unmittelbar nach dem Aufschmelzen sofort wieder erstarrt. Die Temperatur des Werkstückes liegt wesentlich unter der Schmelztemperatur des Werkstoffs. Da die Wärmedehnung vergleichsweise gering ist, bleibt der Verzug trotz hoher Temperaturheterogenitäten begrenzt. Bevorzugt lassen sich Legierungen mit sehr geringen Wärmeausdehnungs-koeffizienten verarbeiten. Die hohe Wärmedehnung bei den Kunststoffen lässt ein Bauprinzip mit hohen Heterogenitäten im Temperaturfeld innerhalb des Werkstückes nicht zu. Daher muss das Pulverbett bis nahe an die Schmelz-temperatur des Kunststoffes erwärmt werden. Ein idealer Bauprozess führt zu dem modellhaften Zustand des quasi-isothermen Lasersinterns [12]. Mittels des Lasers wird lediglich die zum Überschreiten des Phasenübergangs notwendige Energie zugeführt. Dabei sollte eine möglichst geringe Temperaturerhöhung im umliegenden Bett auftreten. Bei einer quasi-isothermen Prozessführung können Schmelze und Pulver nebeneinander vorliegen. Der Bauprozess findet sozusagen in einem Zweiphasenmischzustand statt [13].

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 9© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 10: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Schmachtenberg, Feulner, Rietzel, Wendel WW Kunststoff - Laserprozess

Hieraus folgt eine weitere werkstoffliche Voraussetzung für diese Verfahrens-weise: Die Kristallisationstemperatur Tpc des Kunststoffes sollte deutlich niedriger liegen als die Kristallitschmelztemperatur Tpm. Durch die dynamische Differenz-kalorimetrie (DSC) kann die Temperaturdifferenz zwischen Kristallitschmelz- und Kristallisationstemperatur dargestellt werden. Bild 8 zeigt an Hand eines Aufheiz- und Abkühlvorgangs in der DSC das ausgeprägte Temperaturfenster zwischen beiden Peaks eines kommerziell erhältlichen Lasersinterpulvers auf Polyamid-basis.

Bild 8: Festlegung der zulässigen Bauraumtemperatur durch Auswertung der Temperaturdifferenz zwischen Aufschmelzen und Kristallisation anhand eines DSC-Kurvenverlaufs von PA12 [12]

Dieses kennzeichnet den möglichen Bereich der Bauraumtemperatur beim SLS-Prozess. Wird dieses Prozessfenster überschritten, schmelzen Pulver unkon-trolliert auf, während bei einer Unterschreitung, die bis dahin erzeugte Polymerschmelze zu kristallisieren beginnt und Schwindung, respektive eigen-spannungsinduzierter Verzug („Curling“), auftritt [12]. Erst mit Abschluss des Bauprozesses werden Pulver und Bauteil langsam bei möglichst kleinem Temperaturgradienten abgekühlt, sodass eigenspannungsarme Bauteile mit großer Maßhaltigkeit realisiert werden können. Curling während des Baupro-zesses kann zu Unebenheiten im Pulverbett führen und den Bauprozess gefährden [2]. Folglich muss der Zusammenhang von Prozess und Bauteil-eigenschaften im Detail betrachtet werden.

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 10© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 11: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Schmachtenberg, Feulner, Rietzel, Wendel WW Kunststoff - Laserprozess

4 Korrelation Fertigungsprozess und Bauteileigenschaften

Die Formteilmerkmale (und somit die Gebrauchseigenschaften) von Spritzguss-teilen aus Kunststoff werden nicht nur aus der Geometrie des Formnestes und den Werkstoffeigenschaften von Formmasse und Formnest, sondern auch durch die variablen Prozessparameter bei der Herstellung des Formteils bestimmt. Die vielfältigen Abhängigkeiten und Einflussmöglichkeiten ermöglichen es nicht, ohne weitere Betrachtungen unmittelbar von den Randbedingungen des Fertigungs-prozesses auf die Eigenschaften des Bauteils schließen zu können. Um den Einfluss der Bedingungen bei der Herstellung auf die Formteileigenschaften quantifizieren zu können, wurde der Begriff der „Inneren Eigenschaften“ entwickelt (siehe Bild 9) [6].

Masse-temperatur

Werkzeug-temperatur

Einspritzge-schwindigkeit

Nachdruck...

Randbedingungen des Prozesses

Masse-temperatur

Werkzeug-temperatur

Einspritzge-schwindigkeit

Nachdruck...

Randbedingungen des Prozesses

FormteilgeometrieKunststoffFüllstoffeWerkzeugwerkstoff...

variableProzessparameter

Fertigungsprozess Formteilmerkmale

SchwindmaßeFormteilgewichtBauteilfestigkeitKratzfestigkeitSpannungsriss-

beständigkeitGlanz...

lokale innere Eigenschaften

Orientierung

Eigenspannung

Kristallisation

...

Bild 9: Analytisches Prozessverständnis beim Spritzgießen

Die inneren Eigenschaften sind Merkmale zur Charakterisierung des Zustandes eines Kunststoffes. Die wichtigsten inneren Eigenschaften sind Orientierungen,Eigenspannungen, Kristallisation (Kristallisationsparameter), molekularer Aufbau (mittlere Molmasse, Molmassenverteilung) und Änderung der Zuschlagsstoffe (z.B. Stabilisatoranteil, Faserlänge). Über variable Prozessparameter können die Bauteileigenschaften optimiert werden. Beim Spritzgießen steigt mit Erhöhung der Werkzeugwandtemperatur die Zeit, die dem Kunststoff zur Kristallisation in der Form zur Verfügung steht. Damit ändert sich die Innere Eigenschaft Kristallisa-tionsgrad. Hieraus leiten sich weitere Eigenschaften ab, wie etwa Dichteerhöhung,erhöhter E-Modul, hieraus wieder die Veränderung der Gebrauchseigenschaften wie etwa erhöhte Kratzfestigkeit, stärkere Schwindung und daher kleinere Formteilabmessungen.

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 11© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 12: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Schmachtenberg, Feulner, Rietzel, Wendel WW Kunststoff - Laserprozess

Ganz allgemein nutzt man den Begriff Orientierung dann, wenn die Eigenschaften richtungsabhängig vorliegen. Die Ursache für die Richtungsabhängigkeit beruht darauf, dass mikroskopische Eigenschaftsunterschiede (z.B. die unterschiedlichen Bindungsenergien von Haupt- und Nebenvalenzen) dann makroskopisch erkenn-bar werden, wenn der Werkstoff gerichtet zusammengesetzt ist. Somit kennzeich-net die Orientierung das Maß an Ausrichtung der inneren Strukturen im Werkstoff. Mit der zunehmenden Orientierung wachsen der E-Modul, die Zugfestigkeit und die Wärmeleitfähigkeit bei sinkender Wärmeausdehung (dies gilt jeweils in Orientierungsrichtung, senkrecht hierzu verhalten sich die Eigenschaften in umgekehrter Weise), die Permeabilität und die Absorption sinken. Bei teilkristal-linen Werkstoffen wächst die Kristallinität, und die Transparenz sinkt. Wenn ein Bauteil auch ohne äußere Beanspruchung einen mechanischen Spannungs-zustand aufweist, spricht man von Eigenspannung. Die Ursache für die Eigenspannungen beruht darauf, dass einzelne Bereiche des Werkstoffverbundes unterschiedliche Abmessungen aufweisen, im Verbund durch den äußeren Form-zwang dann gestreckt oder gestaucht werden und daher dann mit Spannungen beaufschlagt sind. Die Ursache für die unterschiedlichen Ausgangsabmessungen der einzelnen Bereiche des Werkstoffes kann die lokal unterschiedliche thermische Kontraktion, die Reaktionsschwindung oder die Medienaufnahme (oder –abgabe) des Werkstoffes sein. Eigenspannungen wirken wie äußere Spannungen und sind bei der Dimensionierung zu berücksichtigen. Sie wachsen bei heterogener Temperaturverteilung im Bauteil, schnellen Abkühlgeschwin-digkeiten, hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten und hohem E-Modul an. Bei Werkstoffverbunden bewirken unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten ebenfalls Eigenspannungen. Durch Tempern kurz unterhalb der Schmelztempera-tur und anschließendes langsames Abkühlen können Eigenspannungen abgebaut werden.Die Molekülketten bestimmter Thermoplaste können sich bei der Erstarrung teilweise ordnen (kristallisieren => teilkristalline Kunststoffe). Der Aufbau kristalliner Ordnungszustände erfolgt an Grenzflächen in der abkühlenden Schmelze (Keimen). Je langsamer die Abkühlgeschwindigkeit ist, umso gleich-mäßiger können die Makromoleküle kristallisieren (Kristallisationsgrad steigt). Je weniger Keime vorhanden sind, umso größer wird der einzelne Kristall (z.B. Sphärolithdurchmesser). Je geordneter die Makromoleküle in der Schmelze liegen (Orientierung), umso besser können die Makromoleküle kristallisieren (z.B. scherungsinduzierte Kristallisation). Bei sehr hohen Abkühlgeschwindigkeiten kann die Kristallisation unterdrückt werden (z.B. Getränkeflasche aus PET). Werden Bauteile im Spritzgießprozess gefertigt, wird die Wärme über die Bauteiloberfläche an das Werkzeug abgeführt. Aufgrund der im Vergleich zum Werkstoff des Spritzgießwerkzeuges niedrigen Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffsentsteht im Bauteil ein Temperaturgradient, der in einem schichttiefenabhängigen Kristallisationsgrad resultiert (siehe Bild 10).

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 12© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 13: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Schmachtenberg, Feulner, Rietzel, Wendel WW Kunststoff - Laserprozess

Randschicht(optisch amorph)

Kernschicht(grobsphärolithisches Gefüge)

randnahe Schicht(feinsphärolithisches Gefüge)

Bild 10: Gefügeausbildung in einem Spritzgussformteil

PA66, Durchlicht, Polarisationskontrast mit -Platte

Dieses aus dem Spritzgießen entwickelte Verständnis um die inneren Eigenschaften des Werkstoffes wird für das kunststoffverarbeitende Fertigungs-verfahren Lasersintern herangezogen, um den Prozess zu optimieren sowie neue oder modifizierte Werkstoffe zu qualifizieren. Wie Bild 1 exemplarisch verdeutlicht, weisen Kunststoffe von einander abweichendes Absorptionsverhalten auf. Für eine werkstoffgerechte Verarbeitung ist es demzufolge notwendig, die Wechselwirkungen zwischen Prozess und Energieeintrag zu verstehen. Bei zu hohen Laserleistungen kann es zu Materialabbau und durch die hohe Eindringtiefe zu Konturungenauigkeiten kommen. Das Zusammenwirken von hoher Absorptionsleistung und zu niedriger eingebrachter Energiedichte ist in Bild 11 dargestellt – durch die Verwendung eines Einbettmittels bei der Probenpräparation wird die Schichtaufweitung verstärkt. Neue aufgebrachte Schichten werden nicht durchgängig aufge-schmolzen und verbinden sich nicht vollständig mit der darunter liegenden Schmelze, woraus verminderte mechanische Eigenschaften resultieren. Folglich müssen bei der Verwendung neuer Kunststoffpulver für das SLS-Verfahren werkstoffspezifische Prozessanpassungen durchgeführt werden. Bislang werden überwiegend Kunststoffpulver auf PA12-Basis (z.B. PA 2200 der EOS GmbH, Krailling) angeboten. Am LKT wurden Untersuchungen zur Verarbeitung neuer Werkstoffe durchgeführt, um für teilkristalline Werkstoffe Prozessmodelle ableiten zu können. Im nachfolgenden wird das kommerziell erhältliche PA 2200 Pulver mit einem kryogen gemahlenen POM-Pulver verglichen und Werkstoff, Fertigung und Bauteileigenschaften korreliert.

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 13© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 14: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Schmachtenberg, Feulner, Rietzel, Wendel WW Kunststoff - Laserprozess

Bild 11: Fehlende Schichtanbindung an lasergesintertem Bauteil bei zu geringer Laserleistung (Durchlicht an eingebettetem Dünnschnitt)

Da während des Lasersinterprozesses die Schmelzetemperatur lange Zeit über der Kristallisationstemperatur gehalten und schließlich langsam bis auf Raum-temperatur abgekühlt wird, werden hohe Kristallinitätsgrade (KPOMmax ~ 85%) und damit dennoch hohe Festigkeiten, bei einer Abnahme der Bruchdehnung, erreicht. Die Beweglichkeit der Molekülketten ist über einen vergleichsweise langen Zeitraum gegeben, weshalb hoch kristalline Strukturen aufwachsen können.

Durchlichtmikroskopische Aufnahmen von Mikrotomschnitten aus Zugstäben im polarisierten Licht zeigen, dass POM weniger lamellare und stärker ausgeprägte, geordnete sphärolithische Überstrukturen als PA 2200 aufweist, Bild 12. Die durchgängige Kristallstruktur über mehrere Schichten bestätigt das Vorliegen quasi-isothermer Verhältnisse bzw. deren durch eine optimale Prozessführung temporäre Aufrechterhaltung.

Bild 12: Morphologie von PA 2200 (links) und POM-Zugstäben (rechts), dargestellt an Dünnschnitten im polarisierten Licht

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 14© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 15: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Schmachtenberg, Feulner, Rietzel, Wendel WW Kunststoff - Laserprozess

Im oberen Randbereich der POM-Zugstäbe sind transkristalline Bereiche er-kennbar. Dabei handelt es sich um orientierte Kristallwachstumsfronten, welche typischerweise an Phasengrenzen entstehen [14]. Die Oberseite des Bauteils ist eine derartige Phasengrenze, da nach dem Bauprozess in der Abkühlphase noch Pulverschichten aufgebracht werden. Transkristalline Fronten können bei Prozessinstabilitäten unterschiedlichen Ursprungs auch im Bauteil auftreten. Lasergesinterte Bauteile aus POM zeigen als herausragendes Merkmal eine plane und homogen ausgeprägte Oberfläche. Eine derart hohe Oberflächen-qualität ist für lasergesinterte Bauteile bisher untypisch, da durch den drucklo-sen Sinterprozess in der Regel zerklüftete, raue Oberflächen entstehen.

5 Aufbereitung der Kunststoffe

Wie bereits erläutert, ergeben sich die Verarbeitungs- und Anwendungs-eigenschaften der Kunststoffe auch durch das Vorhandensein von Zusatzstoffen.In diesem Zusammenhang gilt es auch, das Verständnis des Begriffes Kunststoff zu präzisieren. So spricht man von Kunststoffen, wenn der polymere Werkstoff benannt wird, und nicht von Polymeren. Polymer bezeichnet den Teil des Werkstoffes, der eine makromolekulare Struktur aufweist. Im Werkstoff Kunststoff bildet das Polymer die Matrix, ergänzt durch unterschiedlich hohe Anteile an Zusatzstoffen. Zusatzstoffe können sehr unterschiedliche Funktionen überneh-men (siehe Bild 13). Erst durch die Einarbeitung der Zusatzstoffe erhält das Polymer seine verarbeitungs- und anwendungsspezifischen Eigenschaften, es entsteht der Kunststoff. Ohne Zusatzstoffe sind viele Polymere nicht verarbeitbar (z.B. weil sie sich wegen fehlender Stabilisierung in der Wärme zersetzen).

Mineralische Füllstoffe (Calciumcarbonat, Aluminiumhydroxid)GlasfasernKohlenstofffasernPolymerfasernNaturfasernmagnetisierbare Füllstoffeelektrisch leitende Füllstoffewärmeleitende Füllstoffe…

Gleitmittel, TrennmittelStabilisatorenAntistatikaFlammschutzmittelPigmenteAdditive für die LaserbeschriftungVernetzerWeichmacherHaftvermittlerTreibmittelAntibakterielle Mittel, FungizideBitterstoffe (Verbissschutz)Nanocomposites…

Füllstoff:(10-50 Vol.-%)

Additive:(einige ppm bis 5 Vol.-%)

Mineralische Füllstoffe (Calciumcarbonat, Aluminiumhydroxid)GlasfasernKohlenstofffasernPolymerfasernNaturfasernmagnetisierbare Füllstoffeelektrisch leitende Füllstoffewärmeleitende Füllstoffe…

Gleitmittel, TrennmittelStabilisatorenAntistatikaFlammschutzmittelPigmenteAdditive für die LaserbeschriftungVernetzerWeichmacherHaftvermittlerTreibmittelAntibakterielle Mittel, FungizideBitterstoffe (Verbissschutz)Nanocomposites…

Füllstoff:(10-50 Vol.-%)

Additive:(einige ppm bis 5 Vol.-%)

:Bild 13: Zusatzstoffe in Kunststoffen (Beispiele) [6, 7]

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 15© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 16: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Schmachtenberg, Feulner, Rietzel, Wendel WW Kunststoff - Laserprozess

Das Aufbereiten des Kunststoffes aus dem Polymer und den Zusatzstoffen (Compoundieren) ist ein wichtiger Prozess in der Prozesskette der Kunststoff-verarbeitung, Bild 14. Neben dem Dosieren von Grundpolymer und Zusatzstoffen erfolgt hier das Mischen, das Homogenisieren bis herunter auf molekulare Ebene (z.B. durch Lösen im Schmelzezustand) und schließlich das Ausbringen in einem für die Weiterverarbeitung erforderlichen Zustand (typischer Weise Granulieren).

Polymer-synthese

Aufbereitung(Compoundierung) Verarbeitung

werkstofflichesund

rohstofflichesRecycling

• Polymerisation• Polykondensation• Polyaddition

• Dosieren • Mischen• Homogenisieren• Granulieren

• Extrusion• Spritzgießen• Hohlkörperblasen• ...

Polymer-synthese

Aufbereitung(Compoundierung) Verarbeitung

werkstofflichesund

rohstofflichesRecycling

• Polymerisation• Polykondensation• Polyaddition

• Dosieren • Mischen• Homogenisieren• Granulieren

• Extrusion• Spritzgießen• Hohlkörperblasen• ...

Bild 14: Die Aufbereitung, ein Prozess der Kunststoffverarbeitung

Auch Kunststoffe, die in Additiven Fertigungsverfahren eingesetzt werden, benötigen spezifische Zusatzstoffe und Ausbringungsformen für den Additiven Fertigungsprozess. Beim Selektiven Lasersintern werden die Kunststoffe in Pulverform in den Ferti-gungsprozess eingebracht. Entsprechend dem Konzept des schichtweisen Aufbaus muss die nächste, etwa 0,1 mm dicke Pulverschicht gleichmäßig und unter geringen Schubspannungen auf die zuvor teilweise mit dem Laser aufgeschmolzene Schicht aufgebracht werden. Aus heutiger Sichtweise sind dabei folgende Aspekte wesentlich [15]:

monodisperse Pulver mit Partikeldurchmesser von ca. 60 m

möglichst sphärische Partikelform (gleichmäßiger Eintrag)

kein Kleben der Partikel aneinander (Oberflächenspannung, Elektrostatik)

Eine der wesentlichen Herausforderungen bei der Umsetzung der Additiven Fertigung durch Lasersintern besteht darin, kostengünstige Verfahren zu ent-

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 16© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 17: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Schmachtenberg, Feulner, Rietzel, Wendel WW Kunststoff - Laserprozess

wickeln, die eine Herstellung solcher Partikel aus der Schmelze erlaubt. Aus diesem Hintergrund heraus erklärt sich die große Verbreitung des Werkstoffes PA12 im Bereich des Lasersinterns. Als teilkristalliner Werkstoff erlaubt er eine optimale Prozessführung zur Erzeugung porenarmer oder porenfreier Bauteile (siehe „Quasi-isothermes Lasersintern“). Zugleich liegt dieser bei der Polymer-synthese in Pulverform und somit in der benötigten geometrischen Form vor, Bild 15 links [16]. Allerdings bedingt dieser Weg der Pulverherstellung im Polymerisationsprozess, dass Zuschlagstoffe nur sehr eingeschränkt eingebracht werden können [17].

Bild 15: Pulver für das Lasersintern links : PA12 (PA 2200), rechts:kryogen gemahlenes POM-Pulver (NMF)

Eine weitere technische Möglichkeit zur Herstellung von Polymerpulvern in der erforderlichen Pulverfraktion ist das Kryomahlen in einer Prallmühle. Dieses aufwendige Verfahren erlaubt die Erzeugung von Pulvern mit einer geometrischen Ausformung, wie in Bild 15 rechts dargestellt. Aktuelle Arbeiten am LKT zeigen, dass auch solche Pulverformen gut verarbeitbar sind und wie hier bei dem Kunststoff POM zu guten Bauteilen führen. Aus diesen Betrachtungen kann gefolgert werden, dass für viele andere, möglicher Weise für das Lasersintern geeignete Kunststoffe die Verwendung unterbleibt, da kostengünstige Wege zur Herstellung monodisperser Pulver aus der Schmelze nicht verfügbar sind.

6 Zusammenfassung

In den vergangenen Jahren wurden innerhalb der Kunststofftechnik insbesondereneue Verarbeitungsverfahren als Innovationstreiber sichtbar. Im Bereich der Sonderspritzgießverfahren führte zunehmend tiefer greifendes Werkstoff- und Prozessverständnis gepaart mit neuen Auslegungsstrategien beispielsweise zu hochkomplexen Werkzeug fallenden reibschlüssigen Mehr-Komponenten Kupp-lungen. Dies wurde durch gezieltes Einstellen der werkstoff- und prozessab-

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 17© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 18: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Schmachtenberg, Feulner, Rietzel, Wendel WW Kunststoff - Laserprozess

hängigen Bauteilschwindung möglich. Im Bereich der laserbasierten Kunststoff-bearbeitung und –bauteilfertigung sind aufgrund des bisher kurzen Entwicklungs-zeitraums ungleich größere Fortschritte zu erwarten. Bisher liegen keine standardisierten Strategien zur Qualifizierung neuer Werkstoffe vor. Erst wenn die Anforderungen an den Werkstoff klar umrissen sind, können neue zielsicher beurteilt und vor allem auch für die Verfahren zugeschnitten werden. Am Beispiel des Selektiven Lasersinterns wurde in diesem Beitrag gezeigt, dass die zielgerichtete Werkstoffanalyse gemeinsam mit einer geeigneten Prozess-modellierung völlig neue Anwendungsfelder besetzen lässt.

7 Literaturverzeichnis

[1] Weidinger J.; Methner M.:

Rapid Technologie auf dem Weg zur Serienpro-duktion.In: Kunststoffe 5 (2005), S. 68-72

[2] Rietzel, D.; Wendel, B.; Feulner, R.W.; Schmachtenberg, E.

Neue Kunststoffpulver für das Selektive Lasersin-tern.In: Kunststoffe 98 (2008) 2, S. 65-68

[3] Brunnecker J.; Frick T.

Laser-Hybridschweißen von Kunststoffen. In: Tagungsband zur Großen Schweißtechnischen Tagung (GST), Basel, 2007, S. 579-583

[4] Angstenberger B. Laserbeschriftung von Kunststoffen mit Festkör-perlasern verschiedener Wellenlänge.In: BLZ Workshop, 20.10.05, TRUMPF Laser GmbH + Co. KG

[5] Heininger N.; John W.; Boßler H.-J.

Manufacturing of Moulded Interconnect Devices from Prototyping to Mass Production with Laser Direct Structuring. In Tagungsband: 6. International Congress Molded Interconnect Devices, Erlangen, 2004, S. 157-176

[6] Bauer, E.; Brinkmann, S.; Osswald, T.A.; Schmachtenberg, E.

Saechtling Kunststoff-Taschenbuch, 30 Ausg., Carl Hanser Verlag, München, 2007

[7] Gächter, R.; Müller, H.

Taschenbuch der Kunststoff-Additive, Carl Hanser Verlag, 1990

[8] Faißt, B. Laserstrahlbeschriftung von Kunststoffen, Photonik, 2, 2007, S. 72-74

[9] N.N. Fa. Tampoprint AG, Homepage

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 18© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 19: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Schmachtenberg, Feulner, Rietzel, Wendel WW Kunststoff - Laserprozess

[10] Gebhardt, A. Generative Fertigungsverfahren,Carl Hanser Verlag,3. Auflage, München, 2007

[11] Wohlers, T. Wohlers Report 2006-Rapid Prototyping &Manufacturing, State of the Industry,Annual Worldwide Report, Wohlers Associates Inc., Fort Collins/USA, 2006

[12] Schmachtenberg, E.; Seul, T.

Model of isothermic laser-sintering. 60th Anual Technical Conference of the Society of Plastic Engineers (ANTEC), San Francisco, Cali-fornia, May 2002

[13] Alscher, G. Das Verhalten teilkristalliner Thermoplaste beim Lasersintern,GH-Essen, Universität, Dissertation, 2000

[14] Ehrenstein, G.W. Polymer-Werkstoffe: Struktur – Eigenschaften – Anwendungen.Carl Hanser Verlag München Wien, 1999

[15] Gebhardt, A. Rapid Prototyping-Werkzeuge für die schnelle Pro-duktgestaltung. Carl Hanser Verlag, München 2006

[16] Schmachtenberg, E.; Schönfeld, M.; Seul, T.

Material optimization of PA12 laser sintering pow-der to improve surface quality. SPE Proceedings ANTEC, 7-11 May in Charlotte (North Carolina), 2006, pp.1910-1914

[17] Wendel, B.; Dallner, C.; Schmachtenberg, E.

New developments in Selective lasersintering of polymers.In: Proceedings of the 5th LANE 2007, September 25-28, 2007, Erlangen, Germany, edited by M. Geiger, A. Otto, M. Schmidt, Meisenbach-Verlag Bamberg, S. 323-331

Stichworte: Additive Fertigung, Prozessmodelle, Selektives Lasersintern, Kunststoffe für die Additive Fertigung Keywords: Additive Processing, Process Models, Selective Laser Sintering, Polymers for Additive Processing

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 19© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.

Page 20: Wissenschaftlicher Zeitschrift Kunststofftechnik Journal ... · Zeitschrift Kunststofftechnik Wissenschaftlicher Arbeitskreis der Universitäts-Professoren der Kunststofftechnik Journal

Schmachtenberg, Feulner, Rietzel, Wendel WW Kunststoff - Laserprozess

Autor/author: Prof. Dr.-Ing. Ernst Schmachtenberg (Professor) Dipl.-Ing. Robert Feulner (Autor) Dipl.-Ing. Dominik Rietzel (Autor) Dipl.-Ing. Bettina Wendel (Autor) Universität Erlangen-Nürnberg Lehrstuhl für Kunststofftechnik Am Weichselgarten 9 91058 Erlangen

E-Mail-Adresse: [email protected] Webseite: www.lkt.uni-erlangen.de Tel.: +49(0)9131/85297-00 Fax: +49(0)9131/85297-09

Herausgeber/Editor: Europa/Europe Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Gottfried W. Ehrenstein, verantwortlich Lehrstuhl für Kunststofftechnik Universität Erlangen-Nürnberg Am Weichselgarten 9 91058 Erlangen DeutschlandPhone: +49/(0)9131/85 - 29703 Fax.: +49/(0)9131/85 - 29709 E-Mail-Adresse: [email protected]

Amerika/The Americas Prof. Prof. h.c Dr. Tim A. Osswald, responsiblePolymer Engineering Center, Direc-torUniversity of Wisconsin-Madison 1513 University Avenue Madison, WI 53706 USAPhone: +1/608 263 9538 Fax.: +1/608 265 2316 E-Mail-Adresse: [email protected]

Verlag/Publisher: Carl-Hanser-Verlag Jürgen Harth Ltg. Online-Services & E-Commerce, Fachbuchanzeigen und Elektronische Lizenzen Kolbergerstrasse 22 81679 Muenchen Tel.: 089/99 830 - 300 Fax: 089/99 830 - 156 E-mail-Adresse: [email protected]

Beirat/Editorial Board: Professoren des Wissenschaftlichen Arbeitskreises Kunststofftechnik/ Professors of the Scientific Alliance of Polymer Technology

Zeitschrift Kunststofftechnik 4 (2008) 3 20© 2

008

Car

l Han

ser

Ver

lag,

Mün

chen

w

ww

.kun

stst

offte

ch.c

om

Nic

ht z

ur V

erw

endu

ng in

Intr

anet

- un

d In

tern

et-A

ngeb

oten

sow

ie e

lekt

roni

sche

n V

erte

ilern

.