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Rauheitsreduktion lasergesinterter Substrattopographien mittels mehrlagigen Inkjet-Drucks

Gayduschek, Martina (2020):
Rauheitsreduktion lasergesinterter Substrattopographien mittels mehrlagigen Inkjet-Drucks.
Darmstadt, Technische Universität, DOI: 10.25534/tuprints-00009629,
[Online-Edition: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/9629],
[Ph.D. Thesis]

Abstract

Der Gestaltungsfreiheit einer Bauteilgeometrie ist durch das selektive Lasersintern kaum Grenzen gesetzt. Der monocolore, visuelle Eindruck und die haptische Wirkung eines so gefertigten Bauteils beinhaltet jedoch Entwicklungspotential. Die Inkjet-Technologie bildet ein großes Farbspektrum auf Oberflächen ab und wirkt damit der Limitierung des monocoloren, visuellen Eindrucks entgegen. Die haptische Wirkung wird durch das Einebnen der Substrattopographie verbessert. Ziel dieser Arbeit ist es, dieses Einebnen mit Hilfe des mehrlagigen Inkjet-Drucks zu realisieren. Hierbei gilt es die wissenschaftliche Fragestellung zu klären, wie sich das mehrfache Bedrucken mit der Inkjet-Technologie auf die Substrattopographie von lasergesinterten Bauteilen auswirkt. Für die Untersuchung werden lasergesinterte Platten herangezogen und die damit verbundene, undefinierte Substrattopographie in eine definierte Substrattopographie, die einzelne, periodisch angeordnete Strukturelemente besitzt, mittels Fräsen überführt. Diese Substrattopographien werden mehrfach mit dem Inkjet-Drucker überdruckt. Die Veränderung der Topographie wird mit zunehmendem Druckdurchgang untersucht. Auf Basis von De Gennes Modell der Fluiddynamik wird zunächst ein mathematisches Modell entwickelt, das den exponentiellen Glättungsverlauf der lasergesinterten Substrattopographie durch den mehrlagigen Inkjet-Druck mit zunehmendem Druckdurchgang beschreibt. Hierbei stellt sich heraus, dass die arithmetische Mittenrauheit Sa unter anderem von den Einflussgrößen der Nivellierungszeit der Tinte und der Schichtdicke des Tintenfilms abhängig ist. Anschließend wird die Auswirkung der Einflussgrößen auf den Glättungsverlauf näher betrachtet. Hierfür wird, neben den aus dem mathematischen Modell identifizierten Einflussgrößen der Nivellierungszeit der Tinte und der aufgedruckten Schichtdicke, der Einfluss des Neigungswinkels einzelner Strukturelemente der definierten Substrattopographie und der Auftragsform der Tinte auf den Glättungsverlauf analysiert. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass ein geringer Neigungswinkel einzelner Strukturelemente, eine kurze Nivellierungszeit der Tinte und eine gering aufgedruckte Schichtdicke den Glättungsverlauf verlangsamen. Folglich wird die Rauheit der lasergesinterten Substrattopographie weniger stark reduziert. Zusätzlich zeigt die Auftragsform des selektiven Bedruckens, in der nur die Täler mit Tinte gefüllt werden, dass diese Auftragsform Ausbaupotential besitzt. Die subjektive Wahrnehmung der Substrattopographie wird zuletzt durch die objektiven Rauheitskenngrößen beschrieben. Es zeigt sich, dass die arithmetische Mittenrauheit Sa das haptische Empfinden repräsentieren kann, jedoch keine Aussage über den visuellen Eindruck der Druckbildqualität liefert. Hingegen spiegelt das Spk/Svk-Verhältnis und das Svk/Sk-Verhältnis der Substrattopographie die subjektive, visuelle Wertigkeit wider. Aus den Untersuchungen geht hervor, dass die vier Einflussgrößen sowohl das haptische Empfinden wie auch den visuellen Eindruck der Substrattopographie verbessern.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 2020
Creators: Gayduschek, Martina
Title: Rauheitsreduktion lasergesinterter Substrattopographien mittels mehrlagigen Inkjet-Drucks
Language: German
Abstract:

Der Gestaltungsfreiheit einer Bauteilgeometrie ist durch das selektive Lasersintern kaum Grenzen gesetzt. Der monocolore, visuelle Eindruck und die haptische Wirkung eines so gefertigten Bauteils beinhaltet jedoch Entwicklungspotential. Die Inkjet-Technologie bildet ein großes Farbspektrum auf Oberflächen ab und wirkt damit der Limitierung des monocoloren, visuellen Eindrucks entgegen. Die haptische Wirkung wird durch das Einebnen der Substrattopographie verbessert. Ziel dieser Arbeit ist es, dieses Einebnen mit Hilfe des mehrlagigen Inkjet-Drucks zu realisieren. Hierbei gilt es die wissenschaftliche Fragestellung zu klären, wie sich das mehrfache Bedrucken mit der Inkjet-Technologie auf die Substrattopographie von lasergesinterten Bauteilen auswirkt. Für die Untersuchung werden lasergesinterte Platten herangezogen und die damit verbundene, undefinierte Substrattopographie in eine definierte Substrattopographie, die einzelne, periodisch angeordnete Strukturelemente besitzt, mittels Fräsen überführt. Diese Substrattopographien werden mehrfach mit dem Inkjet-Drucker überdruckt. Die Veränderung der Topographie wird mit zunehmendem Druckdurchgang untersucht. Auf Basis von De Gennes Modell der Fluiddynamik wird zunächst ein mathematisches Modell entwickelt, das den exponentiellen Glättungsverlauf der lasergesinterten Substrattopographie durch den mehrlagigen Inkjet-Druck mit zunehmendem Druckdurchgang beschreibt. Hierbei stellt sich heraus, dass die arithmetische Mittenrauheit Sa unter anderem von den Einflussgrößen der Nivellierungszeit der Tinte und der Schichtdicke des Tintenfilms abhängig ist. Anschließend wird die Auswirkung der Einflussgrößen auf den Glättungsverlauf näher betrachtet. Hierfür wird, neben den aus dem mathematischen Modell identifizierten Einflussgrößen der Nivellierungszeit der Tinte und der aufgedruckten Schichtdicke, der Einfluss des Neigungswinkels einzelner Strukturelemente der definierten Substrattopographie und der Auftragsform der Tinte auf den Glättungsverlauf analysiert. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass ein geringer Neigungswinkel einzelner Strukturelemente, eine kurze Nivellierungszeit der Tinte und eine gering aufgedruckte Schichtdicke den Glättungsverlauf verlangsamen. Folglich wird die Rauheit der lasergesinterten Substrattopographie weniger stark reduziert. Zusätzlich zeigt die Auftragsform des selektiven Bedruckens, in der nur die Täler mit Tinte gefüllt werden, dass diese Auftragsform Ausbaupotential besitzt. Die subjektive Wahrnehmung der Substrattopographie wird zuletzt durch die objektiven Rauheitskenngrößen beschrieben. Es zeigt sich, dass die arithmetische Mittenrauheit Sa das haptische Empfinden repräsentieren kann, jedoch keine Aussage über den visuellen Eindruck der Druckbildqualität liefert. Hingegen spiegelt das Spk/Svk-Verhältnis und das Svk/Sk-Verhältnis der Substrattopographie die subjektive, visuelle Wertigkeit wider. Aus den Untersuchungen geht hervor, dass die vier Einflussgrößen sowohl das haptische Empfinden wie auch den visuellen Eindruck der Substrattopographie verbessern.

Place of Publication: Darmstadt
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Printing Science and Technology (IDD)
Date Deposited: 09 Feb 2020 20:55
DOI: 10.25534/tuprints-00009629
Official URL: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/9629
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-96294
Referees: Dörsam, Prof. Dr. Edgar and Bein, Prof. Dr. Thilo
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 25 June 2019
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
The design freedom of a part geometry is hardly limited by selective laser sintering. The monocolour, visual impression and the haptic effect of such a part, however, contains development potential. Inkjet technology reproduces a large colour spectrum on surfaces and thus counteracts the limitation of the monocolour, visual impression. The haptic effect is improved by reducing the roughness of the substrate topography. The aim of this work is to achieve this levelling with the aid of multi-layer inkjet printing. The scientific question is to clarify how multi-layer inkjet printing affects the substrate topography of laser-sintered parts. For the investigation, laser-sintered plates are used and the associated undefined substrate topography is transferred by milling into a defined substrate topography which has individual, periodically arranged structural elements. These substrate topographies are printed several times with the inkjet printer. The change of the topography with increasing number of prints is investigated. On the basis of De Genne's model of fluid dynamics, a mathematical model is first developed which describes the exponential smoothing process of the laser-sintered substrate topography through multi-layer inkjet printing with increasing number of prints. Here it turns out that the arithmetic center roughness Sa depends among other things on the influencing variables of the levelling time of the ink and the layer thickness of the ink film. The effect of the influencing variables on the smoothing process is then examined in more detail. For this purpose, the influence of the inclination angle of individual structural elements of the defined substrate topography and the application form of the ink on the smoothing process is analysed in addition to the influencing variables of the levelling time of the ink and the printed layer thickness identified from the mathematical model. The results of the investigations show that a low angle of inclination of individual structural elements, a short levelling time of the ink and a low layer thickness printed on the surface slow down the smoothing process. Consequently, the roughness of the laser-sintered substrate topography is reduced less. In addition, the selective inkjet-printing form, in which only the valleys are filled with ink, shows that this form of application has potential for expansion. The subjective perception of the substrate topography is last described by the objective roughness parameters. It turns out that the arithmetic center roughness Sa can represent the haptic sensation, but does not provide a statement about the visual impression of the print image quality. On the other hand, the Spk/Svk ratio and the Svk/Sk ratio of the substrate topography reflect the subjective visual value. The investigations show that the four influencing variables improve both the haptic sensation and the visual impression of the substrate topography.English
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