Prozess zur Herstellung von Verformungskörpern für polymere elektrothermische Aktoren basierend auf generativen Fertigungsverfahren

Im Institut für Elektromechanische Konstruktionen (EMK) an der Technischen Universität Darmstadt wird die Herstellung polymerer elektrothermischer Aktoren erforscht. Die Herstellungsprozesse umfassen photolithographische und mikromechanische Prozesse, durch welche die Herstellung auf 2,5-D-Strukturen limitiert ist. Mit dem Ziel, eine höhere Gestaltungsfreiheit bei der Entwicklung elektrothermischer Aktoren zu ermöglichen, wird daher in der vorliegenden Arbeit die Eignung additiver Fertigungsverfahren für die Herstellung polymerer Verformungskörper erforscht. Die Anlage „ProJet 3510“ von 3DSystems, die das Multi-Jet-Modelling (MJM) Verfahren nutzt, wird für weitere Untersuchungen ausgewählt, da diese in Vorversuchen im Vergleich mit den anderen getesteten Anlage die geringste Sollwertabweichung, den größten Bauraum und die kleinsten druckbaren Spaltgrößen aufweist. Der Herstellungsprozess für polymere Verformungskörper wird für die am Institut vorhandene Digital-Light-Processing (DLP) Modelling Anlage „B9Creator“ von B9Creations optimiert. An beiden Verfahren wird eine Charakterisierung der Strukturtreue, sowie der thermischen Ausdehnung und des dynamischmechanischen Verhaltens bei Temperatureinfluss der verwendeten Materialien VisiJetX von 3DSystems und Industrial Blend (IB) schwarz von FunToDo vorgenommen. Eine große Herausforderung bei der Strukturierung der Aktorgeometrien ist die Herstellung kleiner Spaltmaße. Mit der ProJet 3510 sind Spaltmaße von bis zu 70μm Breite ohne mechanische Nachbearbeitung herstellbar. Mit dem B9Creator sind nach der durchgeführten Prozessoptimierung Spaltmaße von bis zu 80 μm, bzw. bis zu 240μm Breite mit, bzw. ohne mechanische Nachbearbeitung möglich. Um ein gleichmäßiges Maß entlang eines mechanisch nachbearbeiteten Spaltes gewährleisten zu können, sind weitere Optimierungsschritte notwendig. Zum Vergleich der Verfahren werden Untersuchungen an bis zu drei Aktorgeometrien (siehe Abbildung) durchgeführt. Die Tabelle zeigt die wesentlichen Untersuchungsergebnisse