{"id":28089,"date":"2021-04-05T00:01:20","date_gmt":"2021-04-04T22:01:20","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=28089"},"modified":"2021-04-02T16:30:08","modified_gmt":"2021-04-02T14:30:08","slug":"3d-gedruckte-aluminiumoxid-050420211","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/3d-gedruckte-aluminiumoxid-050420211\/","title":{"rendered":"Forscher entwickeln das st\u00e4rkste 3D-gedruckte Aluminiumoxid"},"content":{"rendered":"

Forscher der Montanuniversit\u00e4t Leoben in \u00d6sterreich, die f\u00fcr die Fachrichtungen Bergbau, Metallurgie und Werkstoffkunde bekannt ist, konnten Aluminiumoxid mit einer Zugfestigkeit von 1 GPa<\/strong> (entspricht 1.000 MPa) in 3D drucken. Dieses Projekt wurde durch den Multi-Material-3D-Drucker CeraFab Multi 2M30 des \u00f6sterreichischen Unternehmens Lithoz erm\u00f6glicht, welches auf die Entwicklung und Herstellung von Materialien und generativen Fertigungssystemen f\u00fcr den 3D-Druck von Knochenersatzmaterialien und Hochleistungskeramiken<\/a> spezialisiert ist. Zusammen mit den Ingenieuren von Lithoz konnten die Forscher der Universit\u00e4t den schichtweisen Druckprozess nutzen, um kontrollierte Eigenspannungen zu erzeugen und so effektiv eine Art Aluminiumoxid zu erschaffen. Was das Aluminiumoxid betrifft, so z\u00e4hlt es zu den wichtigsten oxidkeramischen Werkstoffen und zeichnet sich durch hohe H\u00e4rte, Korrosions- und Temperaturbest\u00e4ndigkeit aus. Bauteile aus Aluminiumoxid sind elektrisch isolierend, durchschlagfest und eignen sich daher f\u00fcr viele Anwendungen.<\/p>\n

Eine Zugfestigkeit von 1 GPa durch Multi-Material-Ansatz<\/h3>\n

Bei der Zugfestigkeit handelt es sich um den Widerstand eines Materials gegen das Brechen unter Spannung. Sie geh\u00f6rt zu den wichtigsten Materialeigenschaften, da sie sowohl die Bruchgrenze sowie die Z\u00e4higkeit (zusammen mit der Duktilit\u00e4t) eines Teils aufzeigt. Je h\u00f6her die Zugfestigkeit, desto besser. Dies gilt insbesondere f\u00fcr Bereiche, in denen strukturelle, mechanische Komponenten zu finden sind, wie z. B. im Bauwesen, in der Luft- und Raumfahrt oder der Automobilindustrie<\/a>. Heutzutage kann der 3D-Druck gleichwertige oder sogar h\u00f6here Zugfestigkeiten als herk\u00f6mmliche Kunststoffe f\u00fcr das Spritzgussverfahren (z. B. ABS) aufweisen, wie die Forscher der\u00a0<\/span>Montanuniversit\u00e4t Leoben und Lithoz unter Beweis stellen.\u00a0<\/span><\/p>\n

\"Aluminiumoxid\"

Mit dem CeraFab Multi 2M30 von Lithoz kann mit verschiedenen Materialien gedruckt werden (Bildnachweis: Lithoz).<\/p><\/div>\n

Der Multi-Material-Ansatz wurde angewandt, indem Aluminiumoxid-Zirkonoxid-Schichten zwischen \u00e4u\u00dferen reinen Aluminiumoxid-Schichten mit erheblichen Druckeigenspannungen eingebettet wurden. Da der 3D-Druck mit unterschiedlichen Materialien erfolgt, k\u00f6nnen die Forscher die Materialplatzierung in einer Art und Weise steuern, welche die Materialien w\u00e4hrend des Sinterns dichter als reines (bzw. monolithisches) Aluminiumoxid macht. Die Zugfestigkeit von 1 GPa – im Vergleich zu der Festigkeit von 650 MPa bei monolithischem Aluminiumoxid – konnte durch die verschiedenen Materialien und Temperaturen erreicht werden: Beim Sintern<\/a> dr\u00fccken sich die verschiedenen Materialschichten n\u00e4mlich aufgrund der unterschiedlichen Temperaturen noch st\u00e4rker zusammen. Dies f\u00fchrt zu kontrollierten Druckeigenspannungen. Der Ansatz der Steuerung solcher Zug- und Druckeigenspannungen geht auf vorangehende hervorragende Ergebnisse zur\u00fcck, wie z. B. auf das Gorilla-Glas, ein d\u00fcnnes, vorgespanntes Glas, das vor allem zum Schutz f\u00fcr Smartphone-Bildschirme verwendet wird.<\/p>

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In den letzten Jahren wurden gro\u00dfe Anstrengungen unternommen, um keramische Multi-Material-Architekturen mit verbesserter Festigkeit zu entwickeln. Das hat sich offensichtlich gelohnt: Bisher ist dies der erste Bericht \u00fcber die Anwendung der additiven Fertigung zur Anpassung der Festigkeit von Aluminiumoxid-Keramik unter Ausnutzung des Schicht-f\u00fcr-Schicht-Druckverfahrens. Zu diesem Fortschritt hat unter anderem die Lithografie-basierte keramische Fertigungstechnologie (LCM) von Lithoz beigetragen, die auch die Herstellung von keramischen Massenwerkstoffen mit mechanischen Eigenschaften vorantreiben konnte. Dabei sollte erw\u00e4hnt werden, dass\u00a0Keramik sich aufgrund seiner herausragenden Eigenschaften, wie z. B. Biokompatibilit\u00e4t, Korrosionsbest\u00e4ndigkeit und Verschlei\u00dffestigkeit, besonders gut f\u00fcr den 3D-Druck und f\u00fcr Projekte dieser Art eignet. Das wird zudem verdeutlicht, wenn die additive Keramikfertigung mit herk\u00f6mmlichen Keramikfertigungsverfahren verglichen wird, denn die Herstellung komplexer Geometrien mit traditionellen Verfahren ist extrem kostspielig, erfordert Spezialwerkzeug und gestaltet sich extrem schwierig.<\/span><\/p>\n