Experimentelle und numerische Untersuchung der Nachvernetzung von Stereolithografie-Bauteilen

Die additive Fertigung eröffnet große Potentiale für die werkzeuglose und flexible Bauteilfertigung in der Automobilindustrie. Insbesondere das Stereolithografie-Verfahren und das Digital-Light-Processing bieten die Möglichkeit, präzise Kunststoffbauteile mit hohen Oberflächengüten zu fertigen und somit beispielsweise Anwendungen im Fahrzeuginnenraum zu erschließen. Die Geometrieerzeugung erfolgt bei diesen Verfahren durch die schichtweise Belichtung und Aushärtung eines Photopolymers. Aufgrund des speziellen Fertigungsprozesses werden die finalen Werkstoffeigenschaften erst während der Geometrieerzeugung durch die Photopolymerisationsreaktion ausgebildet. Insbesondere der dem Schichtaufbauprozess nachgelagerte Nachvernetzungsprozess hat einen großen Einfluss auf die finalen Werkstoffeigenschaften. Während bereits experimentelle Untersuchungen und Modellierungsansätze zum Schichtaufbauprozess existieren, wurden zum Nachvernetzungsprozess bisher nur wenige empirische Untersuchungen durchgeführt und keine Modellierungsansätze vorgestellt. In der vorliegenden Arbeit wird daher eine fundamentale Basis zur Beschreibung des Nachvernetzungsprozesses von Stereolithografie-Bauteilen für die industrielle Anwendung gelegt. Dazu erfolgt eine umfassende Analyse der Wirkmechanismen während der Nachvernetzung. Zur örtlich aufgelösten Charakterisierung des Reaktionsumsatzes werden dabei die Methoden der Härteprüfung nach Shore D und der Raman-Spektroskopie eingesetzt. Anschließend wird ein numerisches Modell entwickelt, um die wechselwirkenden chemischen und physikalischen Vorgänge während der Nachvernetzung abzubilden. Die vorgestellten Ergebnisse sowie das entwickelte numerische Modell stellen die Grundlage zur bauteilspezifischen Optimierung des Nachvernetzungsprozesses dar und liefern einen Beitrag auf dem Weg hin zur vollständigen Abbildung des Stereolithografie-Prozesses in einer digitalen Prozesskette.