Entwicklung von Keramik-Polymer-Kompositen mit verstärkten mechanischen Eigenschaften für den 3D Tintenstrahldruck

Der Einfluss von Al2O3-Nanopartikel unterschiedlicher Partikelgröße auf die mechanischen Eigenschaften einer Acrylat-Mischung, die für den 3D Tintenstahldrucker entwickelt wurde, wurde im Rahmen dieser Arbeit untersucht. Bei 60 °C haben alle formulierten Tinten eine Viskosität unter 9 mPa∙s, was den gegebenen Rahmenbedingungen des Druckprozes-ses entspricht. Die gemahlenen Nanopartikel zeigen eine monomodale Partikelgrößenverteilung mit einem d50 Wert von 152 nm für die 35 nm großen Partikeln und einen d50 Wert von 111 nm für die 13 nm großen Partikel in der Acrylat-Mischung. ... mehrFür die Stabilisierung der Nanopartikel wurde 3,6,9-Trioxadecansäure (TODS) verwendet, welches mittels thermogravimetrischer Analyse nachgewiesen werden konnte. Die gedruckten und UV-ausgehärteten Probekörper weisen ein charakteristisches sprödes Verhalten auf. Der höchste Wert für die Zugfestigkeit wurde für das reine Acrylatharz gemessen und liegt bei 36 MPa. Eine Verbesserung der Zugfestigkeit konnte mithilfe der Nanopartikel nicht erreicht werden, jedoch sind die Werte in der gleichen Größenordnung wie die reine Acrylat-Mischung. Der höchste E-Modul-Wert von 392 MPa wurde für das mit 2,0 Vol.% gefüllte Keramik-Polymer Komposit (35 nm) gemessen, was einer 10,6-prozentigen Steigerung entspricht.

Within this work, the influence of Al2O3 nanoparticles with different average particle size of 13 nm and 35 nm and varying volume fractions on the mechanical properties of an UV-curable acrylate matrix developed for the 3D-inkjet printing was investigated. The viscosity of all formulated inks is below 9 mPa∙s at 60 °C, which corresponds to the general conditions of the printing process. The nanoparticles were milled until a monomodal particle size distribution (PSD) was established. A d50 value of 152 nm and 111 nm was measured for the 35 nm and the 13 nm particles in the acrylate matrix, respectively. ... mehrThe printed and UV-cured tensile specimens exhibit a characteristic brittle behavior. The highest tensile strength value of 36 MPa was measured for the pure acrylate resin. An improvement of the tensile strength for the ceramic-polymer-com-posite could not be achieved with the nanoparticles, but the values are in the same order of magnitude as the acrylate resin. The highest value for the Young’s modulus was reached by the composite filled with 2.0 vol.-% of the 35 nm particles. The value is 392 MPa and is 10.6 % higher than the acrylic resin.