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Fallstudien

Geometrische Vermessung keramischer Robocasting-Schichten

Additive Fertigung, Advanced Manufacturing, Fallstudien
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Das Worcester Polytechnic Institute wurde 1865 gegründet. Es konzentriert sich auf die Lehre und Forschung in den Bereichen angewandte Wissenschaften und Ingenieurwesen.

Mit Hilfe des konfokalen Modus des optischen 3D-Profilometers S neox haben wir gedruckte Keramikteile erfolgreich ohne Sinterung vermessen

Robocasting ist ein additives Extrusionsverfahren der ersten Generation für keramische Werkstoffe, bei dem aufeinanderfolgende Schichten aufgebracht werden. Die Vorteile des Verfahrens liegen in der einfachen und wirtschaftlichen Verarbeitung im Zusammenspiel mit einer Vielzahl von Materialien. Robocasting ist ein vielversprechendes Verfahren zur Herstellung von piezoelektrischen Sensoren, keramischen Gitterfiltern und keramischen Gitterstrukturen wie beispielsweise maßgeschneiderten Knochenimplantaten.

Konventionelle Methoden, wie REM, können zur Messung gewisser geometrischer Informationen an gesinterten Teilen eingesetzt werden. Ohne Sinterung lassen sich gedruckte Keramikschichten mit konventionellen Methoden jedoch nur schwer messen.

In dieser Studie wird ein berührungsloses konfokales 3D-Oberflächenmikroskop (S neox, Sensofar, Barcelona) zur Messung von Keramikschichten genutzt, um Höhen und Volumina von Einzelschicht-Keramikbahnen sowie die Höhe von zweischichtigen gedruckten Keramikteilen zu messen.

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Abb. 1.a) Einzelschicht-Keramikbahn mit einer Länge von 20 mm und einem Abstand von 2 mm zwischen den benachbarten Bahnen. b) Zweischichtiger Druck mit einer Länge von 20 mm und einem Abstand von 2 mm zwischen den benachbarten Bahnen
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Abb. 2. Schematische Darstellung eines Einzelschicht-Druckmusters
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Abb. 3. Schematische Darstellung des Experiments zur Messung der Höhen von aus zwei Schichten bestehenden Teilen

Die Untersuchung der Einzelschichtbahn erfolgte unter Einsatz des kontinuierlichen konfokalen Modus mit 5-facher Vergrößerung. Zur Untersuchung zweischichtiger Teile wurde analog dazu der kontinuierliche konfokale Modus mit 5-facher Vergrößerung und einer erweiterten Messung von 9 Sichtfeldern genutzt.

Wie in Abb. 4 bis 7dargestellt, wurden die Höhe, Breite und Fläche von elf Querschnittpunkten je Modell erfasst. Die Durchschnitte wurden berechnet und ausgewertet. Das Volumen der Einzelschichtbahnen wurde ebenfalls anhand der durchschnittlichen Länge und der Querschnittsfläche berechnet.

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Abb. 4. Oberflächentopografie eines Robocasting-Keramik-Einzelschichtmodells, gemessen im S neox Konfokalmodus und mit 5-facher Vergrößerung.
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Abb. 5. 2D-Profil eines Robocasting-Keramik-Einzelschichtmodells, gemessen im Konfokalmodus und mit 5-facher Vergrößerung
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Abb. 6. Oberflächentopografie eines Robocasting-Keramik-Zweischichtmodells, gemessen im S neox Konfokalmodus und mit 5-facher Vergrößerung
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Abb. 7. 2D-Profil eines Robocasting-Keramik-Zweischichtmodells, gemessen im Konfokalmodus und mit 5-facher Vergrößerung

Mit Hilfe des konfokalen Modus des optischen 3D-Profilometers S neox haben wir die geometrischen Parameter gedruckter Keramikteile erfolgreich ohne Sinterung vermessen. Durch die Ausschaltung der im Rahmen der Sinterung auftretenden Einflüsse können solche Messwerte als Datenbasis für die Vorhersage und Verbesserung der Genauigkeit von Robocasting-Verfahren genutzt werden.

Zugehörige Produkte

cs13 Sensofar Metrology - CMP process Hcs14-Utilis-Schneidkante-Schneidplatte-H