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Keramik und organische Materialien im 3D-Druck

Auf 13. Juli 2016 von Alexander H. veröffentlicht
Keramik

Keramik wird immer mehr in der additiven Fertigung eingesetzt. Es findet bereits Anwendung in vielen verschiedenen Sektoren. Dazu gehört auch die Medizin, in der Keramik für den 3D-Druck von sanitären Bauteilen verwendet wird. Auch in der Industrie stellt Keramik das Referenzmaterial für Geschirr und Küchenzubehör dar.

Objekte aus Keramik können durch die Technik des selektiven Lasersinterns (SLS) gedruckt werden – auf Basis eines zuvor komprimierten Trockenpuders oder durch Aushärtung des flüssigen Materials. Letzteres erfordert ein FDM ähnliches Druckverfahren mit einem speziell angepassten Druckkopf.

Im folgenden Video wird Ihnen der Keramik-3D-Druck von WASP veranschaulicht:

Der Hersteller EOS bietet mehrere Materialien zur Herstellung von Gussformen an: Das Ceramics 5.2, ein sehr temperaturresistenter Aluminium- und Silikat-Sand, die Quartze 4.2 und 5.7, sowie Quarzsande mit einer Phenolharzbeschichtung, die den Druck komplexer Formen ermöglichen.

Sand

Sand wird hauptsächlich zur Herstellung von Gussformen verwendet, kann aber in Kombination mit anderen Werkstoffen auch in der Architektur sehr nützlich sein. Das Unternehmen ExOne hat 1999 zum ersten Mal mit Sand gedruckt. Es bietet heute den größten Sanddrucker des Marktes, den S-Max an, der Teile mit einer Größe von bis zu 1800 x 1000 x 700 mm drucken kann.

Hier können Sie die Funktionsweise des S-Max sehen:

Eine andere Maschine wurde von einer Forschergruppe des Institutes IAAC (Advanced Architecture of Catalonia) im Rahmen des Projektes Stone Spray entwickelt. Diese wird durch Solarenergie betrieben und druckt mit Sand von Stränden, der mit einem Bindemittel gemischt wird.

Keramik

Sandwand: 500 mm x 150 mm x 400 mm
Dieses Experiment zeigt, dass der Sanddruck auch in architektonischen Maßstäben möglich ist.

Beton

Das dem 3D-Druck mit Keramik zugrunde liegende Prinzip kann ebenfalls für den Druck von Beton sowie allen weiteren derart feuchten Verbundmaterialien verwendet werden. Das MIT Media Lab hat eine großformatige 3D-Druck-Maschine für Bauteile aus Polyurethanen entwickelt, in die Beton gegossen wird. Dies dient der Herstellung von Gebäudewänden, Fenstern, Türen und mehr.

Eine weitere Drucktechnologie wurde in Italien von Enrico Dini, Gründer von D-Shape, entwickelt und erlaubt den 3D-Druck ganzer Gebäude aus künstlichem Beton. Dieses Verfahren ist an die Stereolithografie-Technologie (SLA) angelehnt, mit dem Unterschied, dass dieses Mal Sand als Material verwendet wird und die UV-Strahlung durch ein anorganisches Bindemittel ersetzt wird, das dem Endobjekt Marmoreigenschaften verleiht. Bisherige architektonische Gestaltungs- und Konstruktionsweisen könnten dadurch umgeworfen werden !

Marmor

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Details eines 3D-Druckers, entworfen von MarbleEcoDesign

Auch Marmor steht auf der Liste der zum 3D-Druck verwendbaren Materialien. Hauptsächlich ist dies den Entwicklungen des Unternehmens MarbleEcoDesign zu verdanken.

Dieses Gestein wird aus Kalkstein gewonnen, und bereits seit der Antike für Skulpturen, zum Bau und für Dekorationen verwendet. Marmor ist ein extrem hartes und zähes Material. Es ist sehr schwer zu bearbeiten und bei seiner Gewinnung, Bearbeitung und Politur kommt es zu einem hohen Verlust wichtiger und teurer Materialien. Die Ingenieure von MarbleEcoDesign haben jedoch einen Weg gefunden, die Marmorreste zu sammeln und zu einem photoreaktiven Polymer zusammenzusetzen, welches zum 3D-Druck verwendet werden kann.

Holz und Stein

Entwickelt für 3D-Drucker, die auf dem Verfahren der Schmelzschichtung (FDM) basieren, liegen diese Materialien in Form von Filamenten vor. Das Holzfilament (LayWood) setzt sich aus recyceltem Holz und einem anorganischen Bindemittel auf Polymerbasis zusammen. Steinfilamente (LayBrick) bestehen aus einer Basis von Mineralien, die Kreidepuder ähneln. Am meisten beeindrucken diese Materialien aber durch ihr Aussehen (verschiedene Effekte) und ihren Holzgeruch. Im Falle des LayBrick ist es sogar möglich, sowohl glatte als auch raue Oberflächen zu erhalten – je nach Drucktemperatur.

Organische Materialien

Es ist heutzutage möglich vom Druck menschlichen Gewebes zu sprechen, hergestellt aus einem Gel, in das lebende Zellen gegeben werden, sodass sich biologisches Gewebe bilden kann. Eine Grenze dieser Technologie ist die ständige Versorgung der Zellen mit Blut, um diese während und nach dem Druckvorgang am Leben zu halten. Auf diesem Gebiet werden intensive Forschungen und Entwicklungen betrieben.

Pionier dieser Technologie ist Orgaovo mit seinem Drucker NovoGen MMX BioPrinter. Aber auch andere Einrichtungen, wie z. B. EnvisionTEC oder verschiedene Universitäten, besitzen Modelle und Maschinen, um auf diese neue Tendenz zu reagieren. Diese Technologie ist ein neuer Meilensteil in der Transplantationsmedizin und auf dem pharmazeutischen Markt.

Wachs

Wachs wird hauptsächlich zur Herstellung von Gussformen verwendet – sowohl für mechanische Bauteile, als auch für künstlerische Werke, in der Zahnmedizin oder zur Herstellung von Schmuck. Auf dem 3D-Druck-Markt sind verschiedene Arten von Wachs verfügbar: Das Unternehmen 3D Systems bietet die Materialien VisiJet Prowax, Hi-Cast VisiJet und VisiJet Dentcast Dental Wax-up für die 3D-Drucker 3D ProJet 3500 und Projet 5000 an, die mit der MultiJet-Technologie arbeiten. Solidscape von Stratasys, für seinen Teil, vertreibt die Materialien 3Z Model, 3Z Lab Cast, plusCast und Indura Cast für seine 3D-Drucker der Serie 3Z (Max, Lab, Studio, Pro), die ebenfalls auf einer Technologie beruhen, die dem MultiJet-Verfahren ähneln. Letztlich findet man auch Material- und Druckerangebote von EnvisionTec und Objet (mittels PolyJet Technologie).

Hier ein Video, das das MultiJet-Verfahren verdeutlicht:

Lebensmittel

Keramik

3D-Druck mit Schokolade mit dem Choc Creator V1

Auch auf dem Bereich der Lebensmittel laufen sehr viele Forschungen und Entwicklungen. So zählen auch schon Schokolade, Käse oder Zuckerguss zu den 3D-druckbaren Materialien. Der Druck dieser Lebensmittel basiert auf dem FDM-Verfahren, bei dem jedoch eine Spritze anstelle des üblichen Extruders eingesetzt wird. Hier dienen die Maschinen in der Regel der Herstellung von komplexen Dekors.

*Titelbildnachweis: Organovo

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