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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Entwicklung siliziumdioxidbasierter Suspensionen für stereolithographisch gedruckte Glasstrukturen

Wednesday (18.09.2019)
15:00 - 15:30 Uhr Sachs Saal
Bestandteil von:


Offenporige, transparente Strukturen erlauben eine Lichtverteilung ins Materialinnere, wodurch tiefliegende Bereiche mit Licht versorgt werden können. Werden Medien wie Gase oder Flüssigkeiten durch die Zellstruktur geführt, kann der Lichteintrag beispielsweise für photokatalytisch aktivierte Prozesse in einem vergleichsweise großen Volumen genutzt werden. Ein mögliches Anwendungsfeld stellt die Wasserreinigung dar, wofür offenzellige Glasstrukturen als Substratmaterial eingesetzt werden können. Amorphes Siliziumdioxid, das sowohl eine hohe Transparenz aufweist als auch chemisch und mechanisch stabil ist, besitzt die perfekte Voraussetzung, um daraus Glasstrukturen zu erstellen.

Das Forschungsthema dieser Arbeit ist die Entwicklung siliziumdioxidbasierter Suspensionen, die zum stereolithographischen Druck von eben diesen offenporigen Glasstrukturen verwendet werden sollen. Ein wesentlicher Vorteil der additiven Fertigung liegt in einer weitgehend freien Formgebung, wodurch Porengröße und Porositäten gezielt eingestellt werden können. Stereolithographie beruht auf dem Prinzip der selektiven Lichtaushärtung, bei der schichtweise computergenerierte Strukturen erzeugt werden. In Folge dessen wurden Suspensionen entwickelt, die aus einem photosensitiven Polymersystem mit einem polymerisierbaren Monomer, einem Vernetzer und einem Photoinitiatorsystem bestehen. Dabei muss beachtet werden, dass das Polymersystem so anzupassen ist, dass es zur Wellenlänge der im Drucker eingesetzten Lichtquelle passt. Eine Herausforderung, die es zu überwinden gilt, besteht in der homogenen Dispersion der Siliziumdioxid-Nanopartikel im System bei hohem Feststoffanteil. Durch das Einstellen der Polymeranteile können Suspensionen mit einem Feststoffgehalt von bis zu 43 Vol.-% erreicht werden, die schließlich im Druckprozess verwendet werden können. In Bezug auf die Druckeigenschaften beeinflusst die Viskosität der Suspensionen die Formtreue der gedruckten Strukturen, weshalb diese evaluiert und variiert wurde. Im Anschluss werden die gedruckten Bauteile über Temperaturbehandlungen entbindert und gesintert, sodass transparente Bauteile gefertigt werden können.

Sprecher/Referent:
Frank Löffler
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Ethel Claudia Bucharsky
    Karlsruhe Institut für Technologie
  • Dr. Karl Günter Schell
    Karlsruhe Institut für Technologie
  • Prof. Dr. Michael J. Hoffmann
    Karlsruhe Institut für Technologie