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S. Baumgartner:
"Entwicklung eines hybriden 3D-Druck Prozesses zum Einfärben dentaler Glaskeramiken und selektiver Modifikation von Kunststoffbauteilen";
Supervisor, Reviewer: J. Stampfl, R. Liska, F. Bircher; Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie, 2018; oral examination: 11-29-2018.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines hybriden 3D Druckprozesses sowie mit auf dieses System abgestimmten Materialien. Die an der TU Wien entwickelten Stereolithographie-Drucker wurden bereits für eine Vielzahl an Materialsystemen, beispielsweise Keramiken wie Aluminium- und Zirkonoxid, Glaskeramik, Bioglas®, Knochenersatzmaterialien und diverse Kunstharze erfolgreich eingesetzt. Limitiert durch das Funktionsprinzip, können an diesen Geräten jedoch nicht mehrere Materialien gleichzeitig verarbeitet werden, was eine Mehrfarbigkeit oder andere Materialkombinationen in einem Bauteil nicht zulässt.
Als Teil des Christian Doppler Labors für Photopolymere in der digitalen und restaurativen Zahnheilkunde war die Zielsetzung des ersten Teiles dieser Arbeit, die Einfärbung von dentaler Glaskeramik, im Speziellen Lithiumdisilikat, während des Stereolithographieprozesses zu ermöglichen. Dazu wurde dieser zunächst optimiert sowie das Schlickersystem und mechanische Komponenten angepasst. Für diese Glaskeramik konnten eine bemerkenswerte Transluzenz und Festigkeiten von > 350 MPa reproduzierbar erreicht und verschiedene Einfärbemethoden gezeigt werden. Es erfolgte eine Kombination des bestehenden 3D-Druckers mit einer Inkjet Einheit, die das selektive Platzieren von farbiger, keramischer Tinte ermöglichen soll. Die 3D-Farbgebung wird durch das Einbringen von Farbe zwischen die Stereolithographieschichten erreicht. Neben der Implementierung der mechanischen Komponenten wurde der Fokus auf die Entwicklung eines verdruckbaren Tintensystems gelegt und die Grenzen und Limitationen dieser Verfahrenskombination aufgezeigt.
Parallel wurde ein weiteres kombiniertes Inkjetsystem, bestehend aus Stereolithographie und Matrixmaterial sowie Druckkopf und zugehöriger Tintenformulierung, für den zweiten Teil dieser Arbeit entwickelt. Angelehnt an natürlich vorkommende Kompositstrukturen wie Perlmutt, deren spröde Einzelkomponenten in ihrer Kombination herausragende mechanische Eigenschaften aufweisen, sollten "Digitale Materialien" erzeugt werden. Dazu wurde mittels Inkjet-Druckkopf ein zweites Materialsystem zwischen die Schichten aufgebracht, wodurch die (thermo-) mechanischen Eigenschaften von Kunststoffen selektiv modifiziert werden sollen. Dieses wurde anhand mehrerer Materialkombinationen getestet. Eine Erhöhung der Bruchdehnung und Schlagzähigkeit um über 45 % konnte gezeigt werden. Erstmalig wurden mittels einer derartigen Verfahrenskombination mehrkomponentige Kunststoffbauteile erzeugt und eine Schlagzähmodifikation erreicht, ohne das Kriechverhalten des Kunststoffes negativ zu beeinflussen.