Rapid prototyping of membranes and membrane devices

  • Rapid Prototyping von Membranen und Membran Devices

Femmer, Tim; Wessling, Matthias (Thesis advisor); Steinseifer, Ulrich (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2016)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Kurzfassung

Rapid Prototyping ist ein generatives Fertigungsverfahren, welches Bauteile in einem schnellen Verfahren Schicht für Schicht fertigt. Eine drei-dimensionale Bauteildatei wird virtuell in Scheiben geschnitten und anschließend in einem Rapid Prototyper produziert. Dabei werden die einzelnen Scheiben nacheinander zu einem fertigen Bauteil verbunden. Hierdurch können Bauteile mit Geometrien realisiert werden, die mit klassischen Verfahren nicht gefertigt werden können. Ein spezielles Verfahren ist Digital Light Processing, welches einen flüssigen, photosensitiven Kunststoff durch Lichteinwirkung polymerisiert und so feste Bauteile mit freien Hohlräumen entstehen lassen kann. In der Membrantechnik findet Rapid Prototyping bisher kaum Anwendung. Diese Arbeit zeigt wie Rapid Prototyping, insbesondere Digital Light Processing, in der Membrantechnik genutzt werden kann. Im Fokus ist zum einen die Herstellung von Membranen durch Rapid Prototyping und zum anderen die Herstellung von Membranmodulen. Nach einem Literaturüberblick über Rapid Prototyping und seiner Anwendung in der Verfahrenstechnik werden neuartige Membrangeometrien erforscht und deren Einflüsse auf Stofftransport und Druckverlust analysiert. Danach zeigt diese Arbeit die ersten beiden Möglichkeiten Membranen mit Hilfe von Rapid Prototyping drei-dimensional herzustellen. In beiden Methoden bestehen die Membranen aus einem silikonbasierten Kunststoff der exzellente Gastransporteigenschaften besitzt. In Anschluss wird die Designfreiheit des Rapid Prototyping genutzt um ein neuartiges Membranmodul zur in-situ Produktgewinnung in Bioreaktoren zu fertigen. Das entwickelte Membranrührermodul ist einzigartig in Funktion und Design und darüber hinaus mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nicht zu herstellbar. Zum Abschluss werden Chancen und Möglichkeiten für Rapid Prototyping von dichten und porösen Membranen analysiert sowie das Potenzial zum Bau von verbesserten Membranmodulen aufgezeigt.

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