Alterungsverhalten von Polyamid 12 beim selektiven Lasersintern

Das selektive Lasersintern von Kunststoffen zählt im Bereich additiver Fertigungsverfahren zu den Technologien, welche die Hürde weg vom reinen Prototypenbau hin zur Fertigung von Funktionsbauteilen dauerhaft überwinden können. Um dies zu bewerkstelligen, sind konstante Pulvereigenschaften sowie ein Pulverqualitätsmanagement unabdingbar.
Beim selektiven Lasersintern von Polyamid 12 kommt es aufgrund der hohen Temperaturen, nahe der Schmelztemperatur und der langen Verarbeitungszeiten zu Alterungseffekten des, die Bauteile umgebenden, nicht aufgeschmolzenen Pulvers. Aufgrund geringer Pulvernutzungsraten, von unter 30 Gew.-%, erfolgt die Wiederverwendung dieses Pulvers aus ökonomischen und ökologischen Gründen. Zur Erhöhung der Zieleigenschaften Bauteildichte und -mechanik wird dieses sogenannte Gebrauchtpulver meist mit einem definierten Anteil an Neupulver vermengt. Hieraus entstehen oftmals Pulvermischungen, deren Zusammensetzung, begründet durch unterschiedliche Temperaturhistorien, variiert. Die Einstellung definierter Bauteileigenschaften erfordert hingegen die Kenntnis der Zusammenhänge zwischen Pulvercharakteristika und resultierenden Bauteilkennwerten.
Diese Arbeit widmet sich der Ableitung des Zusammenhangs zwischen dem prozessabhängigen Alterungsverhalten von Polyamid 12 und den daraus folgenden Bauteilkennwerten im Lasersinter-Prozess. Die prozessspezifische thermo-mechanische Belastung während des Pulverauftrages induziert eine Reduktion des Fließverhaltens des Pulvers, wohingegen das mittlere Molekulargewicht durch eine Nachkondensation in der Festphase, aufgrund der Lagerung bei Temperaturen nahe des Schmelzpunktes, zunimmt. Die mit der Bauzeit veränderten Pulverkennwerte wirken sich auf die Bauteildichte, die Oberflächenrauheit sowie die mechanischen Kennwerte aus, wobei das Temperatur-niveau in Kombination mit der Dauer der thermischen Belastung, unabhängig ob zyklisch oder kontinuierlich aufgebracht, von primärer Bedeutung ist. Auf Basis der Untersuchungen konnte für Polyamid 12 eine Pulverlebensdauer zur Erzielung von Bauteileigenschaften in definierten Toleranzfeldern abgeleitet werden. Die Forschungsergebnisse liefern einen wesentlichen Beitrag zur Qualitätssicherung von Pulvereigenschaften sowie zur Erhöhung der Pulverlebensdauer im Lasersintern.