Alles, was Sie über Zirkoniumdioxid im 3D-Druck wissen müssen

Zirkoniumoxid oder Zirkonia (ZrO2) ist ein polykristallines Keramikmaterial, das für seine hervorragende Stoßfestigkeit, Verschleißfestigkeit und Ästhetik bekannt ist. Zirkoniumdioxid wird meist maschinell bearbeitet, insbesondere für zahnmedizinische Anwendungen, kann aber auch im 3D-Druckverfahren hergestellt werden, um komplexere Formen zu erhalten. Aber welche additiven Fertigungsverfahren sind dafür geeignet? Welche Besonderheiten sind zu beachten? Welche Vorteile bietet Zirkoniumdioxid im 3D-Druck? Erfahren Sie es, in diesem Leitfaden!

Zirkoniumdioxid wird durch Erhitzen verschiedener Zirkoniumverbindungen auf sehr hohe Temperaturen gewonnen. Zirkonium ist ein chemisches Element, das 1789 vom Chemiker Martin Heinrich Klaproth entdeckt und 1824 erstmals als Metall isoliert wurde. Über einen Prozess der Kalzinierung von Zirkonium erhält man also Zirkoniumdioxid, das für viele Industriezweige sehr interessante Eigenschaften aufweist. Es handelt sich um eine besonders bruchfeste Keramik, mit einer guten Biokompatibilität und einer sehr guten Ästhetik. Diese Keramik wird in der Tat häufig für die Gestaltung von Zahnprothesen verwendet. Zirkoniumdioxid ist gut beständig gegen Chemikalien und Flüssigkeiten, Gase, hohe Temperaturen und Korrosion.

3D-gedruckte Teile aus dem LithaCon 3Y 210 Material von Lithoz (Bild: Lithoz)

Zirkoniumdioxid im 3D-Druck

Wenn man über additive Fertigung und Zirkoniumdioxid spricht, findet man viele Ähnlichkeiten mit Aluminiumoxid bzw. Alumina. Tatsächlich liegt Zirkoniumdioxid meist in Form eines Pulvers vor, das man mit einigen Druckverfahren verwenden kann. Beginnen wir mit der Extrusion: Hierbei handelt es sich um ein indirektes Verfahren, da das Pulver in einem Kunststoff-Filament eingeschlossen ist. Das Teil, das aus dem 3D-Drucker kommt, ist also nicht endgültig. Es muss entbindert und gesintert werden, um den Kunststoff zu entfernen, das Teil gründlich zu reinigen und es dann in einen Ofen zu schieben, um die Zirkoniumdioxidpartikel miteinander zu verfestigen und so die endgültigen Eigenschaften des Materials zu erhalten. Durch das Sintern wird die Bildung von Defekten und kleinen Rissen auf den Teilen verhindert und somit das Material verfestigt.

Zirkoniumdioxid für den 3D-Druck kann auch in Harzform vorliegen: Mithilfe von Lichthärtungsprozessen – z. B. SLA und DLP – lassen sich sehr genaue und dichte Zirkoniumdioxidteile herstellen. Beachten Sie, dass Zirkoniumdioxid eine höhere Dichte als Aluminiumoxid hat, was sein Gesamtgewicht erhöht. Auch hier ist eine umfangreiche Nachbearbeitung erforderlich.

Zirkoniumdioxid wird allgemein als schwieriger zu drucken angesehen als Aluminiumoxid oder ist zumindest weniger verbreitet. Außerdem gilt es anzumerken, dass diese Keramik teurer ist, obwohl sie recht ähnliche Eigenschaften wie Aluminiumoxid aufweist.

Zirkoniumdioxid kann über verschiedene Verfahren in 3D gedruckt werden (Bild: KUAIPRINT)

Mögliche Anwendungen

Derzeit ist Zirkoniumdioxid in der Dentalbranche besonders beliebt: Es ist ein opak-weißes Material, das biokompatibel ist, eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat und ästhetisch ansprechend ist. Daher ist es ideal für die Gestaltung von Zahnprothesen und Zahnkronen. Es ist leichter als Metalle und ahmt den natürlichen Zahn perfekt nach. Bisher wird Zirkoniumdioxid in der Dentalbranche aufgrund bestimmter Vorschriften und Zertifizierungen eher maschinell bearbeitet als in 3D gedruckt.

Wenn man sich die Anwendungen von Zirkoniumdioxid im 3D-Druck ansieht, ist ganz allgemein der medizinische Bereich zu nennen. Kombiniert mit der Flexibilität der additiven Fertigung und ihren Möglichkeiten zur Personalisierung sind die Biokompatibilität und die Bruchfestigkeit von Zirkoniumoxid hier besonders interessant. Das Material wird auch für Anwendungen in der Elektronik, bei Schmuck oder in der Industrie eingesetzt. Besonders hervorzuheben sind seine sehr gute chemische Trägheit und seine Schlagfestigkeit.

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*Titelbildnachweis: Zetamix