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Projekt
Erzeugung von Polyethylen-Pulver zum Auftragsschweißen mittels Faserlaser: Parameterstudien, Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften
Fachliche Zuordnung
Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe
Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 493935114
Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung von Silika core-HDPE/dUHMWPE-shell Partikeln für einen gezielten Einsatz im Laserauftragsschweißprozess (DED-LB). Angestrebt wird die Synthese von sphärischen Partikeln mit einer Größe von 60-150 µm, einer hohen Dichte und einer akzeptablen Fließfähigkeit für DED-LB, was durch die Verwendung von mikroskopisch kleinen Silika-Partikeln, die mit aktivierten Polymerisationskatalysatoren beladen sind, erreicht werden soll. Die Silika-Partikel unterstützen hierbei gleichzeitig die Kristallisationsdynamik des PE-Blends und die schnelle Abkühlungsrate im DED-LB-Prozess, um insgesamt spannungsfreie Objekte zu erhalten. Es werden Templates für die Partikel hergestellt, um die Anforderungen für die Herstellung einer dichten Schale aus PE in der Größe des DED-LB-Pulverhandlings zu erfüllen. Dabei wird ein Optimum des Schalen-Dicke/Dichte-Verhältnisses untersucht, um eine direkte Synthese von DED-LB-geeigneten Partikeln zu ermöglichen. Die Temperatur der Polymerisation, der Ethylendruck und das Lösungsmittel sind die zu variierenden Parameter. Von besonderem Interesse ist die Anwendung von „disentangled“ ultrahochmolekularem Polyethylen (dUHMWPE) und entsprechenden Blends mit HDPE. Der Hauptvorteil von dUHMWPE ist seine relativ geringe Schmelzviskosität im Vergleich zu geschmolzenen kommerziellen UHMWPE-Pulvern. Das fertige Objekt würde dagegen ein sehr ähnliches Eigenschaftsprofil aufweisen, da sich direkt nach dem Aufschmelzen Vernetzungen bilden. Das Kristallisationsverhalten selbst wird durch Modifikation von Blends mit verschiedenen HDPEs untersucht. Die Partikel werden für die Absorption von NIR-Laserlicht während der Synthese additiviert, mit dem Gesamtziel der Herstellung von Pulvern im 10-kg-Maßstab, die direkt für DED-LB geeignet sind. Das Verhalten im DED-LB Prozess wird charakterisiert und eine Optimierungsschleife für die Pulverhandhabung und die Qualität des hergestellten Teils erstellt. Spektroskopie und Wärmebildaufnahmen werden eingesetzt, um ein tieferes Verständnis der Schmelz- und Rekristallisationsmechanismen zu erlangen und um das Kern/Schale-Verhältnis und die Schmelzviskosität feiner anzupassen. Die hergestellten Proben werden mit Hilfe von Zug-, Härte- und 3-Punkt-Biegeversuchen analyisiert um ihre mechanischen Eigenschaften zu ermitteln. Mikrostruktur und Porosität werden mittels Rasterelektronenmikroskopie und Computertomographie-Scans ermittelt. Die physikalischen Daten werden für ein breites Spektrum von Laserparametern und Beschichtungsstrategien gesammelt und auf Anfrage allen Teilnehmern des Schwerpunktprogramms zugänglich gemacht.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
