Additive manufacturing of high performance oxide ceramics via selective laser melting

Berlin / Logos-Verl. (2013) [Doktorarbeit]

Seite(n): VII, 241 S. : Ill., graph. Darst.

Kurzfassung

Oxidkeramiken wie Aluminiumoxid (Al2O3) und Zirkonoxid (ZrO2) finden auf Grund ihrer hervorragenden Materialeigenschaften in vielen technischen und medizinischen Einsatzgebieten Anwendung. Konventionelle Fertigungsverfahren beschränken allerdings den Einsatz durch unzureichende Geometriefreiheit und Schrumpfung. Diese Limitierungen können durch die Verwendung von Additive Manufacturing (AM) Techniken, welche einen schichtweisen Aufbau von komplexen Bauteilen, basierend auf CAD Daten erlauben überwunden werden. In der vorliegenden Arbeit wird die Möglichkeit des AM von Al2O3/ZrO2 Keramikpulvern mittels Selective Laser Melting (SLM) untersucht. Dabei wird in einem ersten Schritt der Stand der Technik ermittelt, bevor das Pulvermaterial bezüglich des Fließverhaltens und den Absorptionseigenschaften untersucht wird. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Prozesses zur Endkonturgetreuen Verarbeitung purer Keramiken durch Laserstrahlschmelzen mit Bauteildichten von bis zu 100% ohne die Notwendigkeit einer thermischen Nachbehandlung. Dabei soll Rissentstehung durch die Verwendung einer hochtemperatur- Vorheizung unterdrückt werden, wobei konkurrierende Vorheizkonzepte entwickelt und anhand thermoanalytischer Messungen und resultierenden Bauteileigenschaften verglichen werden. Die Verwendung des eutektischen Pulvergemisches von Al2O3/ZrO2 resultiert dabei in einer feinkörnigen Mikrostruktur mit Biegefestigkeiten von bis zu 1150 MPa. Zudem werden dominierende Effekte der hochtemperatur- Vorheizung auf die Oberflächenqualität untersucht, wobei filigrane Strukturen mit einer Wandstärke von < 300 µm und einer Oberflächenrauheit von Rz < 70 µm erreicht werden. Zu Demonstrationszwecken werden vollkeramische Dentalrestaurationen hergestellt, anhand welcher das Potential zur Herstellung individueller, endkonturgetreuer und hochfester Keramikbauteile mittels SLM gezeigt wird.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Hagedorn, Yves-Christian

Gutachterinnen und Gutachter

Poprawe, Reinhart

Identifikationsnummern

  • URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-49041
  • REPORT NUMBER: RWTH-CONV-144031