Skip to main content
SpringerLink
Log in

Additive Materialextrusion von Glas und mineralischen Materialien

  • Conference paper
  • First Online:
Konstruktion für die Additive Fertigung 2020

  • 9580 Accesses

Zusammenfassung

Eine Vergrößerung der Vielfalt additiver Fertigungsprozesse zeigt sich als überaus begünstigend für die Ideengenerierung und Konstruktion innovativer Bauteile mit verbesserter Materialkomplexität. Die verfügbaren Prozesse zur additiven Verarbeitung von hochschmelzenden Materialien beschränken sich momentan hauptsächlich auf Laserauftragschweißen, Verfahren mit Pulverbett oder die Nutzung von Pasten und Filamenten mit Zusätzen des hochschmelzenden Materials. Abgesehen von ersterem benötigen diese Prozesse oft zusätzliche Prozessschritte wie nachträgliches Sintern, um Endbauteile herzustellen. Dadurch eignen sie sich weniger für eine Dezentrale Produktion von Bauteilen und somit bleiben einige der Potenziale additiver Fertigung ungenutzt. Diese Veröffentlichung behandelt einen innovativen additiven Prozess auf Basis der Materialextrusion, der perspektivisch zur Herstellung von Gebäuden auf dem Mond genutzt werden könnte. Mittels zylindrischen Halbzeugen werden Glas und mineralischen Materialien bei Verarbeitungstemperaturen über 1000 °C zur Herstellung von Bauteilen genutzt. Durch dieses Verfahren könnte in Zukunft eine Multi-Material Bauweise realisiert, sowie die Kosten von hochkomplexen Bauteilen für Hochtemperaturanwendungen gesenkt werden.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this chapter

Log in via an institution
Chapter
USD 29.95
Price excludes VAT (USA)
  • Available as PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
eBook
USD 119.00
Price excludes VAT (USA)
  • Available as EPUB and PDF
  • Read on any device
  • Instant download
  • Own it forever
Softcover Book
USD 159.99
Price excludes VAT (USA)
  • Compact, lightweight edition
  • Dispatched in 3 to 5 business days
  • Free shipping worldwide - see info

Tax calculation will be finalised at checkout

Purchases are for personal use only

Institutional subscriptions

Literatur

  1. Gebhardt, A., Kessler, J., Thurn, L.: 3D-Drucken. Grundlagen und Anwendungen des Additive Manufacturing (AM), 2 Aufl. Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, München (2017)

    Google Scholar 

  2. Schneider, J.: Glasbau: Perspektiven 2020 bis 2030. ce/papers. 1(1), 3–17 (2017). https://doi.org/10.1002/cepa.2

    Article  Google Scholar 

  3. Heiken, G.H. (Hrsg.): Lunar Sourcebook. A User’s Guide to the Moon. Univ. Press, Cambridge (1991)

    Google Scholar 

  4. Voss, A., Kuhr, L., Freund, R., Linke, S., Stoll, E.: Requirements for a mobile lunar prototype for additive layer manufacturing. In: i-Sairas (2018)

    Google Scholar 

  5. Jaumann, R., Hiesinger, H., Anand, M., Crawford, I.A., Wagner, R., Sohl, F., et al.: Geology, geochemistry, and geophysics of the Moon: status of current understanding. Planet. Space Sci. 74(1), 15–41 (2012). https://doi.org/10.1016/j.pss.2012.08.019

    Article  Google Scholar 

  6. Crawford, I.A.: Lunar resources. Prog. Phys. Geogr. Earth Environ. 39(2), 137–167 (2015). https://doi.org/10.1177/0309133314567585

    Article  Google Scholar 

  7. Schaeffer, H.A., Langfeld, R.: Werkstoff Glas. Alter Werkstoff mit großer Zukunft Technik im Fokus, 2 Aufl. Springer, Berlin/Heidelberg (2020)

    Book  Google Scholar 

  8. Schott: AR-Glas. Datenblatt. https://www.schott.com/tubing/english/product_selector/#!/region%2D%2Dall/lang%2D%2Dgerman/product%2D%2D8350 (2020). Zugegriffen am 31.07.2020

  9. Schott: Duran. Datenblatt. https://www.schott.com/tubing/english/product_selector/#!/region%2D%2Dall/lang%2D%2Dgerman/product%2D%2DDURAN (2020). Zugegriffen am 31.07.2020

  10. Linke, S., Windisch, L., Kueter, N., Wanvik, J.E., Voss, A., Stoll, E., et al.: TUBS-M and TUBS-T based modular regolith simulant system for the support of lunar ISRU activities. Planet. Space Sci. 180, 104747 (2020). https://doi.org/10.1016/j.pss.2019.104747

    Article  Google Scholar 

  11. Fateri, M., Meurisse, A., Sperl, M., Urbina, D., Madakashira, H.K., Govindaraj, S., et al.: Solar sintering for lunar additive manufacturing. J. Aerosp. Eng. 32(6), 4019101 (2019). https://doi.org/10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.0001093

    Article  Google Scholar 

  12. Imhof, B., Urbina, D., Weiss, P., Sperl, M., Hoheneder, W., Waclavicek, R.. et al.: Advancing Solar Sintering for Building a Base On The Moon. Adelaide, Australien (2017)

    Google Scholar 

  13. Xu, J., Cao, H., Sun, X., Tang, H., Ma, H., Song, L. et al.: 3D printing of hypothetical brick by selective laser sintering using lunar regolith simulant and ilmenite powders. In: Duan, X., Li, X., Luo, X., Ma, X., Pu, M., Zhou, R. (Hrsg.) 9th International symposium on advanced optical manufacturing and testing technologies: subdiffraction-limited plasmonic lithography and innovative manufacturing technology. SPIE, Chengdu, 06/2018 (2018–2018)

    Google Scholar 

  14. Mano, J.F., Pereira, E.: Data analysis with the Vogel−Fulcher−Tammann−Hesse equation. J. Phys. Chem. A. 108(49), 10824–10833 (2004). https://doi.org/10.1021/jp0484433

    Article  Google Scholar 

  15. Hamad, K., Kaseem, M., Deri, F.: Melt rheology of poly(lactic acid)/low density polyethylene polymer blends. ACES. 01(04), 208–214 (2011). https://doi.org/10.4236/aces.2011.14030

    Article  Google Scholar 

  16. Zhang, D., Liu, X., Qiu, J.: 3D printing of glass by additive manufacturing techniques: a review. Front. Optoelectron. 2012(2), 1 (2020). https://doi.org/10.1007/s12200-020-1009-z

    Article  Google Scholar 

  17. Gmeiner, R., Deisinger, U., Schönherr, J., Detsch, R., Boccaccini, A.R., Stampfl, J.: Additive manufacturing of bioactive glasses and silicate bioceramics. J. Ceramic Sci. Technol. 06, 75–85 (2015)

    Google Scholar 

  18. Chen, Z., Li, Z., Li, J., Liu, C., Lao, C., Fu, Y., et al.: 3D printing of ceramics: a review. J. Eur. Ceram. Soc. 39(4), 661–687 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2018.11.013

    Article  Google Scholar 

  19. Liu, C., Qian, B., Ni, R., Liu, X., Qiu, J.: 3D printing of multicolor luminescent glass. RSC Adv. 8(55), 31564–31567 (2018). https://doi.org/10.1039/c8ra06706f

    Article  Google Scholar 

  20. Baumgartner, S., Gmeiner, R., Schönherr, J.A., Stampfl, J.: Stereolithography-based additive manufacturing of lithium disilicate glass ceramic for dental applications. Mater. Sci. Eng. C. 116, 111180 (2020). https://doi.org/10.1016/j.msec.2020.111180

    Article  Google Scholar 

  21. Kotz, F., Arnold, K., Bauer, W., Schild, D., Keller, N., Sachsenheimer, K., et al.: Three-dimensional printing of transparent fused silica glass. Nature. 544(7650), 337–339 (2017). https://doi.org/10.1038/nature22061

    Article  Google Scholar 

  22. Zhang, G., Carloni, D., Wu, Y.: 3D printing of transparent YAG ceramics using copolymer-assisted slurry. Ceram. Int. 46(10), 17130–17134 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.03.247

    Article  Google Scholar 

  23. Brooks, H., Clarkson, P., Davies, P., Fairclough, D.: Sintering of 3D printed metal, ceramic and glass multi-material parts. Newcastle (2017)

    Google Scholar 

  24. Chen, Z., Li, J., Liu, C., Liu, Y., Zhu, J., Lao, C.: Preparation of high solid loading and low viscosity ceramic slurries for photopolymerization-based 3D printing. Ceram. Int. 45(9), 11549–11557 (2019). https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.03.024

    Article  Google Scholar 

  25. Travitzky, N., Bonet, A., Dermeik, B., Fey, T., Filbert-Demut, I., Schlier, L., et al.: Additive manufacturing of ceramic-based materials. Adv. Eng. Mater. 16(6), 729–754 (2014). https://doi.org/10.1002/adem.201400097

    Article  Google Scholar 

  26. Eichler, F., Skupin, M., Thurn, L.K., Kasch, S., Schmidt, T.: Operating limits for beam melting of glass materials. MATEC Web Conf. 299, 1004 (2019). https://doi.org/10.1051/matecconf/201929901004

    Article  Google Scholar 

  27. Gerdes, N., Fokken, L.G., Linke, S., Kaierle, S., Suttmann, O., Hermsdorf, J., et al.: Selective laser melting for processing of regolith in support of a lunar base. J. Laser Appl. 30(3), 32018 (2018). https://doi.org/10.2351/1.5018576

    Article  Google Scholar 

  28. Goodridge, R.D., Dalgarno, K.W., Wood, D.J.: Indirect selective laser sintering of an apatite-mullite glass-ceramic for potential use in bone replacement applications. Proc. Inst. Mech. Eng. H J. Eng. Med. 220(1), 57–68 (2006). https://doi.org/10.1243/095441105X69051

    Article  Google Scholar 

  29. Qian, B., Shen, Z.: Laser sintering of ceramics. J. Asian Ceramic Soc. 1(4), 315–321 (2013). https://doi.org/10.1016/j.jascer.2013.08.004

    Article  Google Scholar 

  30. Sofia, D., Granese, M., Barletta, D., Poletto, M.: Laser sintering of unimodal distributed glass powders of different size. Proc. Eng. 102, 749–758 (2015). https://doi.org/10.1016/j.proeng.2015.01.180

    Article  Google Scholar 

  31. Klein, J., Stern, M., Franchin, G., Kayser, M., Inamura, C., Dave, S., et al.: Additive manufacturing of optically transparent glass. 3D Print. Addit. Manuf. 2(3), 92–105 (2015). https://doi.org/10.1089/3dp.2015.0021

    Article  Google Scholar 

  32. Zaki, R.M., Strutynski, C., Kaser, S., Bernard, D., Hauss, G., Faessel, M., et al.: Direct 3D-printing of phosphate glass by fused deposition modeling. Mater. Des. 194, 108957 (2020). https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.108957

    Article  Google Scholar 

  33. Baudet, E., Ledemi, Y., Larochelle, P., Morency, S., Messaddeq, Y.: 3D-printing of arsenic sulfide chalcogenide glasses. Opt. Mater. Express. 9(5), 2307 (2019). https://doi.org/10.1364/OME.9.002307

    Article  Google Scholar 

  34. Luo, J., Gilbert, L.J., Qu, C., Landers, R.G., Bristow, D.A., Kinzel, E.C.: Additive manufacturing of transparent soda-lime glass using a filament-fed process. J. Manuf. Sci. Eng. 139(6), 24 (2017). https://doi.org/10.1115/1.4035182

    Article  Google Scholar 

  35. Peters, D., Drallmeier, J., Bristow, D.A., Landers, R.G., Kinzel, E.: Sensing and control in glass additive manufacturing. Mechatronics. 56, 188–197 (2018). https://doi.org/10.1016/j.mechatronics.2018.06.002

    Article  Google Scholar 

  36. Kanthal: Kanthal® A-1. Datenblatt. https://www.kanthal.com/en/products/material-datasheets/strip/kanthal-a-1/ (2020). Zugegriffen am 31.07.2020

  37. TrinaSolar: TSM-DE18M(II). Datenblatt. https://www.pvo-int.com/wp-content/uploads/2020/04/2020_A_Datasheet_VERTEX_DE18MII_backsheet.pdf (2020). Zugegriffen am 23.09.2020

Download references

Danksagung

Diese Forschung ist im Rahmen der Forschungsprojekte 3D4Space und Agent-elF entstanden. Sie wurde von Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung, dem Land Liedersachsen sowie dem Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Die Autoren bedanken sich für diese Unterstützung.

figure a

Author information

Authors and Affiliations

  1. Institut für Konstruktionstechnik, TU Braunschweig, Braunschweig, Deutschland

    Raphael Freund, Dirk Philipp & Thomas Vietor

Authors
  1. Raphael Freund
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. Dirk Philipp
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. Thomas Vietor
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to Raphael Freund .

Editor information

Editors and Affiliations

  1. Institut für Produktentwicklung und Gerätebau, Leibniz Universität Hannover, Garbsen, Germany

    Roland Lachmayer

  2. Institut für Produktentwicklung und Gerätebau, Leibniz Universität Hannover, Garbsen, Germany

    Katharina Rettschlag

  3. Laser Zentrum Hannover e.V., Hannover, Germany

    Stefan Kaierle

Rights and permissions

Reprints and permissions

Copyright information

© 2021 Der/die Autor(en), exklusiv lizenziert durch Springer-Verlag GmbH, DE, ein Teil von Springer Nature

About this paper

Check for updates. Verify currency and authenticity via CrossMark

Cite this paper

Freund, R., Philipp, D., Vietor, T. (2021). Additive Materialextrusion von Glas und mineralischen Materialien. In: Lachmayer, R., Rettschlag, K., Kaierle, S. (eds) Konstruktion für die Additive Fertigung 2020. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-63030-3_10

Download citation

  • DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-63030-3_10

  • Published:

  • Publisher Name: Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg

  • Print ISBN: 978-3-662-63029-7

  • Online ISBN: 978-3-662-63030-3

  • eBook Packages: Computer Science and Engineering (German Language)

Publish with us

Policies and ethics

Search

Navigation