Oberflächen- und volumenfunktionalisierte Polymerpulver für das Diodenlaser-Pulverbettschmelzen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Stephan Barcikowski
• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566369301

Das Verständnis darüber, wie die Modifikation kommerzieller Polymerpulver mit Nahinfrarot (NIR)-absorbierenden Nanopartikeln (NP) den Prozess des Diodenlaser-basierten Pulverbettschmelzens (PBF-LB/P) beeinflusst, ist entscheidend um aktuelle Herausforderungen zu adressieren. Probleme wie die unzureichende Laserabsorption in unmodifizierten Polymermaterialien erfordern eine gründliche Untersuchung, wie Modifikationen die Energieübertragung beim Drucken verbessern können. In diesem Projekt wird der Einfluss der Verteilung von NP – ob auf oder in der Oberfläche oder in der Polymermatrix – auf die Wärmeerzeugung, -verteilung und Lichtstreuung während des PBF-LB/P-Prozesses untersucht. Diese Forschung wird durch die Zusammenarbeit von Materialwissenschaftler*innen der Universität Duisburg-Essen und dem Anwendungspartner Evonik Industries AG durchgeführt. Folglich zielt das Wissenstransferprojekt darauf ab, gemeinsam ein umfassendes Verständnis darüber zu entwickeln, wie die Verteilung und die Dosierung von NP das PBF-NIR-LB/P optimieren können, um die Alterungsresistenz der Pulver und Qualität der gedruckten Bauteile zu verbessern. Im Mittelpunkt des Projekts steht ein gemeinsames experimentelles Arbeitsprogramm. Die Forschung wird systematisch NP-modifizierte Polymerpulver am Beispiel von PA12 untersuchen, um deren Druckbarkeit und die resultierende Bauteilqualität zu bewerten. Darüber hinaus zielt das Projekt darauf ab, alterungsbeständiges PA12 durch Oberflächenmodifikation mit NIR-absorbierenden NP zu entwickeln, um die thermische und oxidative Degradation zu reduzieren und die langfristige Stabilität sowie die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Dieses Projekt erweitert das Wissen über PBF-LB/P mit Diodenlasern und entsprechende Feedstock-Modifikationen, das im DFG SPP 2122 erarbeitet wurde, auf die oberflächenadsorbierte, oberflächenverkapselte und volumenbasierte Additivierung von NIR-absorbierenden NP. Es werden materialbezogene Faktoren während des PBF-LB/P untersucht, um den Weg für neue Materialien zu ebnen, die für eine effektive und effiziente additive Fertigung mit Diodenlasern erforderlich sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Evonik Operations GmbH