Alles, was Sie über den 3D-Druck von Aluminiumoxid wissen müssen

Aluminiumoxid ist ein technischer Keramikwerkstoff, der in der Natur in Bauxit vorkommt, einem Gestein, das auch Eisenoxid enthält. Mithilfe des Bayer-Verfahrens kann daraus ein weißes Pulver gewonnen werden, das dann über die Elektrolyse zu Aluminium verarbeitet werden kann. Aluminiumoxid ist aufgrund seiner chemischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften besonders interessant und ist eine der am häufigsten verwendeten Oxidkeramiken in der additiven Fertigung. Aber was sind seine Eigenschaften und welche Verfahren sind kompatibel? Erfahren Sie, wie Aluminiumoxid im 3D-Druck verwendet wird!

Im Jahr 1754 isolierte der deutsche Chemiker Andreas Sigismund Marggraf erstmals Aluminiumoxid aus Alaun. Einige Jahre später wurde es mithilfe des Bayer-Verfahrens aus dem Erz Bauxit gewonnen. Heute wird Aluminiumoxid zu 90 % zur Herstellung von Aluminium verwendet, aber es wird auch als technische Keramik eingesetzt, die sehr interessante Eigenschaften in Bezug auf Temperaturbeständigkeit und Temperaturschocks bietet. Um Ihnen eine Vorstellung davon zu geben: Der Schmelzpunkt von Aluminiumoxid liegt bei über 2.000°C. Das Material hat eine sehr gute Dimensionsstabilität, ist verschleißfest und ein guter elektrischer Isolator. Seine Härte ist mit der von Wolframcarbid vergleichbar.

Nach der Extraktion ist Aluminiumoxid ein weißes Pulver (Bild: Itaforte)

Aluminiumoxid im 3D-Druck

Aluminiumoxid ist ein Pulver, das man in der additiven Fertigung verwenden kann, und zwar mit mehreren Verfahren. Zunächst einmal kann das Pulver in einem Kunststoff-Filament eingeschlossen werden und so für den FFF-3D-Druck verwendet werden. Sobald das Teil fertig ist, muss es entbindert und gesintert werden, um Lösungsmittel und Plastik zu entfernen und das Material zu verfestigen. Es ist auch möglich, auf die additive Fertigung mit Kunstharz zurückzugreifen – auch hier sind Nachbehandlungsschritte erforderlich, um ein Endteil mit interessanten chemischen und mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Schließlich ist noch das Binder Jetting zu erwähnen: Einige 3D-Drucker sind mit Keramiken kompatibel, darunter auch mit Aluminiumoxid. Es ist also zu beachten, dass das Drucken von Aluminiumoxid zusätzliche Nachbehandlungsschritte erfordert, was den Herstellungsprozess verlängern und die Produktion einschränken kann. Es gibt jedoch immer mehr Marktteilnehmer, die versuchen, diesen Schritt so weit wie möglich zu automatisieren.

Auf der Seite der Akteure sind 3D Ceram und Formlabs zu nennen, die mit Aluminiumoxid kompatible Harzmaschinen anbieten, Nanoe, das ein Filament auf Aluminiumoxidbasis entwickelt hat, und Concr3de, das eine Reihe von Industrielösungen auf der Grundlage der Binder Jetting-Technologie anbietet. Ziel ist es nicht, alle Anbieter auf dem Markt zu nennen, sondern lediglich zu zeigen, dass es verschiedene Optionen gibt, wenn es um die Verwendung von Aluminiumoxid in der additiven Fertigung geht.

Mögliche Anwendungen

Wie Sie sich vorstellen können, ist Aluminiumoxid für viele Industriezweige sehr interessant, die hohe Temperaturbeständigkeit oder Isolationseigenschaften benötigen, wie z. B. die Luft- und Raumfahrtindustrie oder die Energiewirtschaft. So kann man Steckverbindergehäuse, Isolatoren, Teile, die in elektrische Vorrichtungen eingebaut werden, usw. herstellen. Mithilfe der additiven Fertigung kann man kleine Mengen zu geringen Kosten produzieren und sie je nach Bedarf anpassen.

Keramikschleifscheibe und -fräser, die mithilfe des 3D-Druckharzes Alumina 4N von Formlabs hergestellt wurden. (Bild: Formlabs)

3D-gedrucktes Aluminiumoxid ermöglicht es auch, komplexe Gusskerne zu entwerfen und dabei die Zeit und den Gesamtpreis der Gussform zu senken. So sind beispielsweise Teile mit internen Kanälen für einen besseren Flüssigkeits- oder Luftfluss denkbar, eine Komplexität in Bezug auf das Design, die mit traditionelleren Herstellungsverfahren selten zu erreichen ist. Die additive Fertigung ermöglicht es also, starke und haltbare Aluminiumoxidteile komplexer und effizienter zu gestalten.

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*Titelbildnachweis: Formlabs