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Titelaufnahme

Titel
Entwicklung eines FDM-3D-Druckfilaments auf Basis biobasierter Kunststoffe und Naturstoffen / eingereicht von: Schönhammer, Sebastian
VerfasserSchönhammer, Sebastian
GutachterWimmer, Rupert ; Mundigler, Norbert
ErschienenWien, Juni 2016
UmfangX, 72 Blätter : Illustrationen, Diagramme
HochschulschriftUniversität für Bodenkultur Wien, Masterarbeit, 2016
Anmerkung
Zusammenfassung in englischer Sprache
SpracheDeutsch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)3D-Druck; FDM; Fused Deposition Modeling; Holzmehl; PLA; PHB; Filament; Eigenschaften; nachwachsende Rohstoffe
Schlagwörter (EN)3D-printing; FDM; fused depostition modeling; wood flour; PLA; PHB; filament; characteristics; renewable ressources
Schlagwörter (GND)3D-Druck / Endlosfaser / Polymere / Naturstoff
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-22040 Persistent Identifier (URN)
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 Das Werk ist frei verfügbar
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Entwicklung eines FDM-3D-Druckfilaments auf Basis biobasierter Kunststoffe und Naturstoffen [4.54 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Der 3D-Druck erfreut sich sowohl in der Industrie als auch im Hobbybereich steigender Beliebtheit. Der 3D-Druck als additive Fertigungstechnologie hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber konventionellen Produktionsverfahren. 2016 wurde 3D-Druck von einem Marktforschungsinstitut zum Techniktrend des Jahres ernannt. Es wird prognostiziert, dass Produkte rund um dieses Verfahren in den nächsten Jahren immer größeren Absatz finden werden. Es ist deshalb notwendig, bereits auf dem Markt befindliche Druckdrähte, sog. Filamente, für den 3D-Druck weiterzuentwickeln bzw. neue Filamente auf den Markt zu bringen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden naturbasierte 3D-Druck-Filamente entwickelt, hergestellt und die Eigenschaften untersucht. Als Drucktechnologie diente das FDM (Fused Deposition Modeling) Verfahren. Die Filamente wurden aus thermoplastischen Biokunststoffen, gefüllt mit Naturstoffen, hergestellt. Als Basispolymer diente eine Mischung aus Polymilchsäure (PLA, 90 wt%) und Polyhydroxybuttersäure (PHA, 10 wt%). Zur Biokunststoffmischung wurden danach zwischen 10 wt% und 30 wt% Naturstoffe hinzugefügt. Als Naturstoffe dienten sehr fein gemahlenes Thermoholz und Rohcellulose. Aus den verschiedenen Varianten wurden Testobjekte gedruckt und auf die Druckeigenschaften bewertet bzw. untersucht. Als Vergleich dienten Teststäbe desgleichen gleichen Materials, die mittels Spritzguss hergestellt wurden. An Bruchflächen wurden rasterelektronenkroskopischen Aufnahmen durchgeführt. Ein steigender Gehalt an feinem Holzmehl kann sich sowohl positiv, als auch negativ auf die Druckeigenschaften auswirken. Positiv wird das sog. Warping (Verzug), mehr negativ werden Druckgeschwindigkeit und Viskosität der gedruckten Materialien beeinflusst. Die mechanischen Eigenschaften der gedruckten Biegestäbe lagen unter jenen der Spritzguss-Stäbe. Die rasterelektronenkroskopischen Bilder ließen auf eine bessere Faser-Matrix-Haftung bei den spritzgegossenen Biegestäben, im Vergleich zu den 3D-gedruckten Proben, schließen.

Zusammenfassung (Englisch)

3D-printing is a technology appreciated by industry as well as by home-users. 3D-printing as an additive manufacturing technology has a number of advantages over conventional production processes. In 2016, a renowned market research institution has named 3D-printing the technique trend of the year. Consequently, markets will be asking for improved and novel printing filaments and other materials. Most important are printing filaments because their properties widely determine the quality of the printed object. In the scope of this work the fused deposition modelling 3D-printing technology was used. Printing filaments, based on polymers produced from natural resources blended with two different types of wood flour, were prepared and tested. The used bio-polymer were 90wt% PLA, and 10wt% PHB. Wood flour was added, at ratios between 10wt% and 30 wt%, in 5 percent steps. Commercial wood flour and thermowood flour were used. Particle size characterization was made with both wood flour types. Test objects were printed with the different filaments to analyse printing characteristics, relative to the wood flour ratio. Especially "oozing" and "warping" were assessed. The melt volume flow rate (MVR) of the filament types were measured as well. Moreover, the mechanical characteristics of printed and injection moulded test bars using the different polymers were analysed. SEM-pictures were made from fracture surfaces of the test bars, to investigate differences between 3D-printing and injection moulding. Finally, thermogravimetric analysis as well as differential scanning calorimetry for the three different filament types were conducted. In summary, an increasing wood flour ratio showed a reduction in warping, but at lower printing speed and MVR. The mechanical properties of the 3D-printed samples were not as good as the injection moulded samples. The fiber-polymer-adhesion of 3D-printed test bars were found to be lower than with injection moulding.