Alles, was Sie über die technische Keramik Siliziumnitrid im 3D-Druck wissen müssen

Eine der Stärken der additiven Fertigung ist, dass sie mit einer Vielzahl von Materialien kompatibel ist, von Polymeren über Metalle und Beton bis hin zu Lebensmittelpasten. Immer häufiger aber wird auch Keramik eingesetzt, unabhängig davon, ob es sich um technische oder nichttechnische Materialien handelt. Der keramische 3D-Druck bietet in der Tat zahlreiche Vorteile in verschiedenen Branchen. Zirkoniumdioxid und Aluminiumoxid (Alumine) sind die gängigsten Materialien auf dem Markt, aber auch eine andere technische Keramik ist sehr beliebt: Siliziumnitrid, eine nicht oxidierte Keramik, die äußerst interessante thermomechanische Eigenschaften aufweist. Aber welche sind das genau und wie wird Siliziumnitrid im 3D-Druck angewendet?

Siliziumnitrid (Si3N4) wird durch Erhitzen von Siliziumpulver unter Stickstoffatmosphäre hergestellt. Es handelt sich um eine der härtesten und widerstandsfähigsten technischen Keramiken auf dem Markt. Es hat eine geringe Dichte, eine sehr gute Temperaturwechselbeständigkeit und eine ausgezeichnete Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit. Siliziumnitrid kann sehr stark erhitzt und anschließend schnell abgekühlt werden, ohne zu reißen. Es ist daher eine besonders interessante Keramik für alle Löt- und Schweißanwendungen.

3D-gedruckter Wärmetauscher aus Siliziumnitrid (Bild: 3DCeram) 

Siliziumnitrid im 3D-Druck

Wie die meisten technischen Keramiken auf dem Markt gibt es auch Siliziumnitrid in verschiedenen Formen, sodass verschiedene 3D-Druckverfahren für die Gestaltung komplexer Teile verwendet werden können. Zunächst einmal ist es möglich, auf die Extrusion von Material zurückzugreifen, genauer gesagt auf einen Pellet-3D-Drucker. Einige Hersteller wie Pollen AM bieten dieses Material in ihrem Katalog an. Was die Verwendung von Filamenten betrifft, gibt es weniger Hersteller, allerdings gibt es einige Thermoplaste, wie das von Spectrum Filaments angebotene – auf seiner Website kann man lesen, dass „der organische Gehalt des Filaments etwa 21,5 Massenprozent beträgt“.

Die Stereolithografie bietet mehr Möglichkeiten, da das Siliziumnitrid in Harzform vorliegt. Mit diesem Verfahren lassen sich mehr Details und Präzision erreichen, während gleichzeitig auf eine hohe Dichte gesetzt wird. Nach dem Drucken muss das Werkstück jedoch gereinigt werden, um überschüssiges Harz zu entfernen, und anschließend gesintert werden, um dem Werkstück seine endgültigen Eigenschaften zu verleihen und die Keramik zu verdichten. Zu den Herstellern, die Siliziumnitrid anbieten, gehören unter anderem 3DCeram und Lithoz.

Schließlich zeigen einige Forschungsarbeiten aus der ganzen Welt, dass es möglich ist, SLS und Pulver für die Gestaltung von Teilen mit Siliziumnitrid zu verwenden, auch wenn diese Praxis derzeit noch begrenzt zu sein scheint.

Bild: 3DCeram

Mögliche Anwendungen

Wie Sie sicher bemerkt haben, ist Siliziumnitrid aufgrund seiner Beständigkeit gegen sehr hohe Temperaturen für viele Branchen interessant. Im Allgemeinen wird Keramik vor allem in der Automobilindustrie verwendet, um bestimmte Motorteile zu konstruieren. Das Material wird auch für die Herstellung von Lagerteilen geschätzt.

Auf dem Markt für 3D-Druck kommt Siliziumnitrid besonders in der Luft- und Raumfahrtindustrie zum Einsatz, da die Branche Härte, Leichtigkeit und Hitzebeständigkeit sucht. Aufgrund seiner Beständigkeit gegen Flüssigkeiten und Gase wird Siliziumnitrid auch zum Drucken von Heizrohren, Halbleitern oder Komponenten für Pumpen und Ventile verwendet.

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*Titelbildnachweis: Höganäs Germany GmbH