Über Länge mal Breite hinaus der Weg zum dreidimensionalen Druck. J. Stampfl. TU Wien

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1 Über Länge mal Breite hinaus der Weg zum dreidimensionalen Druck J. Stampfl TU Wien

2 Vienna University of Technology D-Druck Linz Folie 3 AMT TU Wien Head: Staff: Projects: J. Stampfl, R. Liska 14 PhD/Postdocs 8 Diploma/Bacc-Students National EU-FP7, ERC Starting Grant Industrial Christian Doppler Laboratory Publications ( ) >150 Publications Patents D-Druck Linz Folie 4

3 Layered Manufacturing Klassisch: Zusammenbau von Einzelteilen 3D-Druck: Schichtweiser Aufbau Zukünftig: Laser-Zauberstab D-Druck Linz Folie 5 Anwendungsfelder 3D-Druck Vorserienmodelle Funktionsprototypen Rapid tooling D-Druck Linz Folie 6

4 Dienstleistung für Endanwender Shapeways D-Druck Linz Folie 7 Bohrschablonen D-Druck Linz Folie 8

5 Digital dentistry Chairside intraoral scanners Labside scanners D-Druck Linz Folie 9 Qualität 3D-Druck D-Druck Linz Folie 10

6 Marktvolumen Millionen Teile pro Jahr D-Druck Linz Folie 11 3D-Druck Dilemma Method Geometry Materials Economics Selective Laser Sintering Fused Deposition Modelling + Good precision - Rough surfaces - Poor precision - Rough surfaces + Polyamide (high toughness) + Many metals + ABS - Expensive - Slow + Very cheap O Medium build speed Stereolithography + Good surfaces + Good precision - Brittle photopolymers - Expensive + Fast Powder-based 3D-printing - Rough surfaces - Poor precision - Starch, gypsum + Cheap + Fast DLP + Good surfaces, + Good precision - Brittle photopolymers + Cheap + Fast D-Druck Linz Folie 12

7 Additive Manufacturing Technology (AMT) Lithographiebasierte generative Fertigung: Zweiühotonenpolymerisation, Digital Light processing Vorteile: Hohe Auflösung (<100nm) Anpassen der Materialeigenschaften einfach In-vivo-writing 10mm D-Druck Linz Slide 13 DLP 1 Light Source (LED 450nm) 2 DMD Chip 3 Optics 4 Coating system 5 Tiltable vat 6 Build platform 6 Resolution: 40 m Build-size: 80x45mm² Build-speed: 10mm/hour "Lichthärtende Schlicker für die stereolithographische Herstellung von Dentalkeramiken"; US (B2) Device and method for processing light-polymerizable material for the layered assembly of molds, WO Method and device for generative production of a mould with non-planar layers, EP (A1), Device and method for processing light-polymerizable material for building up object in layers, WO (A1), D-Druck Linz Folie 14

8 DLP Worldwide smallest 3D-printer Keramik: Lithoz GmbH 3D-Druck Linz Folie 15 Slurry composition Base monomer (reactive diluent) cross linker mechanical properties of green body Filler (ceramic powder) mechanical properties of ceramic part Solvent rheological properties of slurry Dispersing agent rheological properties of slurry Radical from initiator reactivity of slurry Morphology of photopolymers D-Druck Linz Slide 16

9 -Tricalcium phosphate (TCP) Additive manufacturing technologies enables to produce parts with defined porosity. pore geometry of foamed materials pore geometries of AMT parts D-Druck Linz Slide 17 -Tricalcium phosphate (TCP) D-Druck Linz Slide 18

10 Alumina (Al 2 O 3 ) EU-FP7: Phocam D-Druck Linz Slide 19 45S5 Bioglass Customized bioglass implant P. Tesavibul, R. Felzmann, S. Gruber, R. Liska, I. Thompson, A. Boccaccini, J. Stampfl, Materials Letters, 74 (2012), S D-Druck Linz Slide 20

11 Mechanical properties Isotropic mechanical properties of sintered AMT produced ceramics Mechanical properties of TCP biaxial bending 3-point-bending Orientation x y z Weibull 26,00 18,0 9,52 12,45 Bending strength [MPa] 32,10 21,11 22,19 21, D-Druck Linz Slide 21 Two-photon photon-polymerizationpolymerization Sun, H.-B.; Kawata, S.Journal of Lightwave Technology; 21; ; (2003) LaFratta, C. N.; Fourkas, J. T.; Baldacchini, T.; Farrer, R. A. Angewandte Chemie, International Edition; 46; ; (2007) Voxel (Width ~ 100 nm) D-Druck Linz 22

12 Two-Photon-Polymerization TU Wien Stephansdom 1: N. Pucher, A. Rosspeintner, V. Satzinger, V. Schmidt, G. Gescheidt, J. Stampfl and R. Liska, Macromolecules, 42, , (2009). K. Cicha, Z.Li, K. Stadlmann, A. Ovsianikov, R. Markut-Kohl, R. Liska, J.Stampfl, J. Appl. Phys. 110, (2011) D-Druck Linz 23 In-vivo writing D-Druck Linz Folie 24

13 Fast 2PP writing Resin: Methacrylat Initiator: R1 Writing speed increase: From 50mm/s to 5000mm/s 3D CAD Model of race car: Dimensions of 330x130x100µm 3 Precision of ±1µm Fabrication time 4 minutes D-Druck Linz Folie 25 Zusammenfassung Lithographiebasierte Verfahren bieten deutliche Vorteile hinsichtlich Auflösung und Präzision Großflächiger Erfolg erfordert Konkurrenzfähigkeit bei Kosten, Präzision, UND Material Für keramische Materialien konnte 3D-Druck-Dilemma erfolgreich gelöst werden Houska Prize D-Druck Linz Folie 26

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