Robocasting makrozellulare keramische 3D-Gitterstrukturen mit Hohlfilamenten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Nahum A. Travitzky
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 231507867

Im geplanten Vorhaben sollen materialspezifische Grundlagen des Robocasting-Prozesses ermittelt werden. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung neuartiger Pastensysteme mit Al2O3, SiC und Si3N4 zur additiven Fertigung komplexer 3D-Strukturen. Die methodische Innovation stellt die Verwendung von Hohlfilamenten verschiedener Querschnittsgeometrien dar, wofür spezielle, hochviskose keramische Pastensysteme und speziell entwickelte Extrusionsdüsen nötig sind. Primär wird die Deformationsneigung während des Extrusionsprozesses untersucht, wobei rheologische Kenngrößen wie Viskosität, Schubmodul und Fließgrenze die Formstabilität im Wesentlichen bestimmen. Für solch hochviskose Pastensysteme ist die Erforschung des rheologischen Verhaltens von zentraler Bedeutung; dieses wiederum wird stark vom Fließverhalten in der Extrusionsdüse beeinflusst, wobei hier Wandschlupf und Kernfluss auftreten können. Ziel ist die Minimierung der Verformung der Filamente durch äußere Kräfte (Schwerkraft, Unterdruck in Kapillare) um somit eine endkonturnahe Formgebung zu ermöglichen. Weiterhin soll ein hoher Feststoffgehalt (> 50 Vol.%) erzielt werden, um geringe Verformung aufgrund von verringerter Trockenschwindung zu erzielen. Statische und dynamische Modelle zur Formentwicklung während des Extrusionsprozesses sollen anhand hohler Filamente und nicht kreisförmiger Strangquerschnitte verifiziert und ggf. erweitert werden. Von grundlegender Bedeutung ist die Herausstellung von Unterschieden bei der Verwendung hohler Filamente gegenüber Vollfilamenten hinsichtlich mechanischer Eigenschaften der damit hergestellten Gitterstrukturen. Zusätzliches Ziel ist eine FEM-Simulation der Festigkeiten von komplexen keramischen 3D-Gitterstrukturen aus Hohlfilamenten auf Basis der ermittelten mechanischen Kennwerte von Einzelfilamenten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Rheometer
• Gerätegruppe: 1610 Viskosimeter, Rheometer