Evaluation of the direct inkjet printing method for the fabrication of three-dimensional ceramic components

  • Evaluierung des direkten Tintenstrahldruckverfahrens zur Herstellung drei-dimensionaler keramischer Bauteile

Özkol, Emre; Telle, Rainer (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2012)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2012

Kurzfassung

Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung sowie die Prüfung der Herstellbarkeit von keramischen Komponenten mittels direkten Tintenstrahl-Druckverfahrens (DIP, Direct Inkjet Printing). Zu diesem Zweck wurde zunächst ein auf einem Desktop-Tintenstrahldrucker basierendes DIP-System entwickelt und dieses wurde zur Herstellung keramischer Komponenten aus Zirkonoxid (3Y-TZP) eingesetzt. Anschliessend wurden Tinten mit entsprechenden Feststoffanteilen von > 20 Vol.-% Keramikpartikeln sowie ca. 13.5 Vol.-% Russpartikeln entwickelt und zur Fertigung von zwei- und dreidimensionalen Bauteilen mittels des DIP-Verfahrens benutzt. Diese Tinten wurden bezüglich Viskosität, Oberflächenspannung, Zetapotential, Partikelgrössenverteilung, Dichte sowie der dimensionslosen Kennzahlen Re, We, Ca und Oh charakterisiert. Einflüsse der Tinteneigenschaften auf die Tropfengenerierung sowie auf die Tropfeneigenschaften wurden anhand einer mikroskopischen Analyse gedruckter Einzeltropfen untersucht. Keramische Anschauungsobjekte wurden mittels des DIP-Verfahrens hergestellt und in Bezug auf Formgenauigkeit und mechanische Eigenschaften untersucht. Zur Realisierung komplex geformter Bauteile wurden Abstützstrukturen aus Russ gedruckt, welche während des Sintervorgangs komplett ausgebrannt werden. Die gesinterten Komponenten haben nach der 4-Punkt-Biegeprüfung (4-point bending test, 4PB) sowie dem 4-Kugelversuch (ball-on-3-balls test, B3B) vielversprechende mechanische Eigenschaften aufgewiesen. Als Ergebnis hat sich das DIP-Verfahren zur Herstellung formgenauer keramischen Komponenten mit guten mechanischen Eigenschaften als geeignet erwiesen.

Einrichtungen

  • Lehrstuhl für Keramik und Institut für Gesteinshüttenkunde [524110]
  • Fachgruppe für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik [520000]

Identifikationsnummern