Laufzeit: 1.2021 – 12.2022

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Dr. Jurij Koruza | Lovro Fulanović
FB 11, FG Nichtmetallisch-Anorganische Werkstoffe (NAW)

Prof. Dr.-Ing. Matthias Weigold | Stefan Mischliwski
FB 16, Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen
(PTW)

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Projektbeschreibung:

Das Ziel des Forschungsprojekts AblPie ist die Entwicklung einer nachhaltigen Produktion von Piezokeramiken. Durch die frühzeitige Vermeidung von Blei als Inhaltsstoff werden hochgiftiger Sondermüll ausgeschlossen und absehbare Restriktionen bei der Verwendung von bleihaltigen Stoffmischungen erfüllt, wodurch sich die TUDa perspektivisch für Forschungsschwerpunkte positioniert.

Hierzu wurden im Projekt mehrere bleifreie piezokeramische Pulver für Hochfrequenzanwendungen hergestellt. Für die additive Fertigung mittels LCD-Verfahren wurden diese Pulver mit einem flüssigen Monomer zu einer Suspension (Schlicker) weiterverarbeitet. Dabei wurden Effekte wie Agglomeration und Sedimentation festgestellt. Zur Minimierung dieser Effekte wurden systematisch die Korngrößen und deren Verteilung modifiziert. Da das additive LCD-Verfahren auf Lichtaushärtung durch UV-Licht beruht wurde im nächsten Schritt der Schlicker photosensitiviert. Hierzu wurde das bislang flüssige Monomer durch ein Photopolymer ersetzt, sowie ein Photoinitiator hinzugefügt. Durch gezieltes Hinzufügen eines Dispergiermittels wurde die für den additiven Prozess zentrale Materialeigenschaft Viskosität eingestellt.

Für Versuchsreihen zur Poymerisation wurden Schlicker mit unterschiedlichen Keramikpulveranteilen (20%, 30%, 40%) in einem Lichtpolymerisationsgerät mit bekannter Wellenlängenverteilung und Temperaturmillieu verwendet. Hierbei konnten Erkenntnisse über Sauerstoffdiffusion an den Oberflächen und das damit zusammenhängende Evaporieren des Monomers gewonnen werden. Für die erzeugten Probekörper wurde ein Entbinderungs- und Sinterprozess ausgelegt und durchgeführt. Die Herausforderung des Delaminationseffektes (dem Ablösen einzeln aufgebrachter Schichten) konnte nicht überwunden werden. Die entstandenen Bauteile wurden letztlich auf ihre charakteristischen elektrischen Werte hin untersucht und mit konventionell hergestellten Bauteilen verglichen.

Aufbauend auf diesen Projektergebnissen wird momentan diese Veröffentlichungen publiziert:

• Suspensions for additive manufacturing of lead-free NBT-BT piezoceramics using digital light processing

(in Progress)

Double FIF-Success of Materials Science

Im Rahmen des Projektes entstand die Bachelorthesis von Yue Liu mit dem Titel „Additive Fertigung von 0,94(Na0,5Bi0,5)TiO3-0,06BaTiO3 via Stereolithographie“. Die Thesis wurde 2021 erfolgreich abgeschlossen und wird derzeit, ergänzend durch weitere Projektergebnisse, veröffentlicht:

Lovro Fulanovic, Yue Liu, Stefan Mischliwski, Jurij Koruza, Suspensions for additive manufacturing of lead-free NBT-BT piezoceramics using digital light processing, (in Progress) (2022).