{"id":31867,"date":"2021-09-20T00:01:35","date_gmt":"2021-09-19T22:01:35","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=31867"},"modified":"2021-09-17T17:04:46","modified_gmt":"2021-09-17T15:04:46","slug":"zetamix-keramischer-3d-druck-200920211","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/zetamix-keramischer-3d-druck-200920211\/","title":{"rendered":"Wie k\u00f6nnen Labore und Forschungszentren vom keramischen 3D-Druck profitieren?"},"content":{"rendered":"

Im Jahr 2018 hat das franz\u00f6sische Unternehmen Nanoe<\/a> erfolgreich das Materialangebot f\u00fcr die additive Fertigung mit seinen Produkten erweitert: Unter dem Namen Zetamix bietet der Hersteller Keramik- und Metallfilamente f\u00fcr Extrusionsverfahren (FFF) an. Mit den Produkten soll die Herstellung von ma\u00dfgeschneiderten Keramik- und Metallteilen f\u00fcr Fachleute und Produzenten erleichtert werden. Heute setzen viele Forschungslabore keramische Werkstoffe gezielt ein: sei es zur Konstruktion von Probehalterungen, Gasgebl\u00e4sekomponenten oder f\u00fcr Tiegel. Der keramische 3D-Druck bietet dabei mehr Gestaltungsfreiheit unter gleichzeitiger Beibehaltung der erforderlichen thermischen und chemischen Eigenschaften.<\/p>\n

Wir haben mit drei franz\u00f6sischen Forschungszentren gesprochen, um mehr \u00fcber den Mehrwert der keramischen additiven Fertigung sowie \u00fcber den Einsatz von Zetamix-Filamenten zu erfahren: k\u00fcrzere Produktionszeiten, niedrigere Kosten und ma\u00dfgeschneidertes Design – die Vorteile sind vielf\u00e4ltig. Das Laboratoire des Proc\u00e9d\u00e9s C\u00e9ramiques et Proc\u00e9d\u00e9s Associ\u00e9s (LMPCA)<\/strong> befasst sich unter anderem mit technischen Keramiken f\u00fcr biomedizinische, elektrische und elektronische Anwendungen, von der Entwicklung bis zur Charakterisierung. Die Materialien von Zetamix<\/a> sind Teil der Studie und werden hier auch zur Herstellung von verschiedenen Werkzeugen verwendet. Beim zweiten Labor handelt es sich um das ESFR, ein internationales Forschungszentrum<\/strong>, das sich auf die Struktur von Materialien mit atomarer Aufl\u00f6sung konzentriert. Das Materialzentrum von Mines Paris Tech<\/strong> schlie\u00dft unsere Expertenrunde und fokussiert sich darauf, den Einfluss diverser Herstellungsprozesse auf die Eigenschaften der Materialien zu verstehen.<\/p>\n

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3D-gedruckte Tiegel aus Zetamix-Filament (Bild: Zetamix)<\/p><\/div>\n

Die Herstellung von ma\u00dfgeschneiderten technischen Keramikteilen<\/h3>\n

F\u00fcr die in Forschungszentren durchzuf\u00fchrenden Experimente werden diverse Ger\u00e4te und Werkzeuge ben\u00f6tigt, welche meist an die spezifischen Anforderungen angepasst sein m\u00fcssen. Damit der reibungslose Ablauf eines Experiments gelingt, gilt es ma\u00dfgeschneiderte Teile herzustellen. In den meisten F\u00e4llen ben\u00f6tigt ein Speziallabors Probenhalter sowie anderes Equipment, das hitzebest\u00e4ndig ist oder ganz bestimmte chemische Eigenschaften haben muss.<\/p>

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Bei der ESRF arbeiten die Wissenschaftler unter anderem mit einem Synchrotron: dabei handelt es sich um ein elektromagnetisches Instrument, das Elementarteilchen auf hohe Energie beschleunigt. Forschungsteams aus ganz Europa besuchen das ESRF, um mit der vorhandenen Infrastruktur Proben zu analysieren. Denn f\u00fcr diese Arbeiten werden Teile ben\u00f6tigt, welche sowohl mechanisch widerstandsf\u00e4hig sind als auch extremen Temperaturen standhalten k\u00f6nnen. Vor allem aber ist es wichtig, dass die Teile auf die verschiedenen Proben und die f\u00fcr das Forschungsteam notwendigen Bedingungen zugeschnitten sind. Die Nutzung des Synchrotrons wird streng geregelt, denn die Strahlzeit ist kostbar. Manche Wissenschaftler bereiten ihre Experimente ein Jahr im Voraus vor, um keine Zeit mit defektem Equipment zu verlieren. Und genau hier kommt auch der 3D-Druck ins Spiel, der sich aufgrund seiner Schnelligkeit als ideales Fertigungsverfahren f\u00fcr solche Prozesse bewiesen hat. Die Teams sind nun in der Lage, ma\u00dfgeschneiderte Teile in nur 32 Stunden zu entwerfen, zu drucken, zu sintern und anschlie\u00dfend zu testen. W\u00e4hrend einige Teile mit einem Prusa 3D-Drucker aus Kunststoff gedruckt oder aus Metall gefr\u00e4st werden, m\u00fcssen andere hitzebest\u00e4ndiger sein. Viele Experimente werden mit unterschiedlichen Temperaturen durchgef\u00fchrt, von -270\u00b0C bis 1200\u00b0C, und die Verwendung von Zetamix-Filamenten ist eine ideale L\u00f6sung.<\/p>\n

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ESRF druckt keramisches Werkzeug auf einem FFF-3D-Drucker; von links nach rechts: Mikrobrenner-Heizpatronen und Halterung<\/p><\/div>\n

Die keramischen Materialien von Zetamix sind mit herk\u00f6mmlichen FFF-3D-Druckern<\/a> kompatibel, was den Herstellungsprozess erheblich vereinfacht. Nach dem Entbindern und Sintern entstehen ma\u00dfgeschneiderte technische Bauteile, welche \u00fcber eine gute W\u00e4rmed\u00e4mmung, eine Temperaturbest\u00e4ndigkeit von bis zu 1.600 \u00b0C und eine hohe Dichte verf\u00fcgen – und das sogar zu geringeren Kosten, was die Labore bef\u00e4higt mehr Iterationen und Experimente durchzuf\u00fchren und komplexere Modelle zu testen.<\/p>\n

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Links: Eine ESRF-spezifische Heizpatrone im Einsatz; rechts: Probenhalter und Heizpatrone<\/p><\/div>\n

Optimierung von Experimenten mit Zetamix<\/h3>\n

Das Materialzentrum von Mines Paris Tech hat in einen 3D-Drucker und einen Sinterofen investiert, um m\u00f6gliche Experimente zu vervielfachen und die Durchf\u00fchrung dieser intern zu verbessern. Das Labor f\u00fchrt verschiedene Studien durch, um den Einfluss der Herstellungsverfahren auf die Eigenschaften der Materialien zu analysieren und zu verstehen. Dabei werden zahlreiche Tests durchgef\u00fchrt (Zugkraft, Hitzebest\u00e4ndigkeit usw.), wof\u00fcr auch spezielle Probenhalter ben\u00f6tigt werden. Dank des FDM-3D-Drucks gelingt es den Forschern mehr technische Keramikteile zu produzieren – so werden beispielsweise Aluminiumoxidtr\u00e4ger f\u00fcr Metallproben beim Laserschmelzen oder f\u00fcr das Pulverbettverfahren 3D-gedruckt. Die Halterungen erlauben ein Ausgl\u00fchen der Zugproben vor der anschlie\u00dfenden mechanischen Pr\u00fcfung. Zetamix stellt dabei die einzige L\u00f6sung dar, welche es erm\u00f6glicht, einen temperaturbest\u00e4ndigen Aluminiumoxidtr\u00e4ger mit einem kreisf\u00f6rmigen Design zu erhalten, welcher f\u00fcr eine bessere Verteilung der Teile im Ofen unerl\u00e4sslich ist. In Folge wird dadurch auch die Qualit\u00e4t verbessert.<\/p>\n

Beim ESRF konnte in diesem Sinne eine \u00e4hnliche Beobachtung gemacht werden: Die keramische additive Fertigung, insbesondere mit Zetamix-Materialien, erm\u00f6glicht die Entwicklung neuer Designs zu relativ geringen Kosten. Carlos Cosculuella und Yves Watier von der ESRF sagen: „Wir arbeiten derzeit an viel komplexeren Entw\u00fcrfen f\u00fcr eine vollst\u00e4ndige Umweltkontrolle mit Zetamix. So planen wir beispielsweise die Herstellung eines wassergek\u00fchlten Mikrobrenners mit internen Kan\u00e4len f\u00fcr K\u00fchlung, Reagenzien und Temperaturmessung. Diese Art von Teil ist noch nicht fertig, aber wenn es soweit ist, wird es die Qualit\u00e4t der Analyse f\u00fcr spezifische Experimente erheblich verbessern. Und nat\u00fcrlich w\u00e4re dies mit keiner anderen Technologie m\u00f6glich.“<\/em><\/p>\n

\"zetamix\"

3 Halterungen, 3D-gedruckt von Mines Paris Tech<\/p><\/div>\n

Verbessertes Management der Lieferkette<\/h3>\n

Der Einsatz der keramischen additiven Fertigung erm\u00f6glicht den Laboren auch eine bessere Verwaltung ihrer Lagerbest\u00e4nde sowie eine Optimierung ihrer Lieferkette. Dank der Zetamix-L\u00f6sung kann LMPCA 3D-gedruckte Tiegel f\u00fcr seine thermogravimetrischen Analysen nutzen. Bei diesen Analysen wird der Massenverlust eines Materials w\u00e4hrend des Sinterns kontinuierlich gemessen. Dieses Material wird in der Regel in einen Tiegel gegeben: dabei handelt es sich um ein kleines Teil, dessen Herstellung mit traditionellen Fertigungsverfahren oft teuer ist, weil diese aus Aluminiumoxid bestehen, um hohen Temperaturen standhalten zu k\u00f6nnen. Bei den Tiegeln handelt es sich \u00fcblicherweise aber um Einwegtiegel, da diese mit dem zu untersuchenden Material kontaminiert werden. Das Labor muss aus diesem Grund seine Best\u00e4nde genau verwalten, um Engp\u00e4sse zu vermeiden. Aus diesem Grund werden die Tiegel jetzt vor Ort 3D-gedruckt: Dadurch k\u00f6nnen die Herstellungskosten gesenkt und die erforderlichen Mengen zum richtigen Zeitpunkt produziert werden.<\/p>\n

Das LMPCA verwendet Zetamix-Filamente au\u00dferdem zur Herstellung von Verbrauchsmaterialien, welche unter anderem in Dilatometern zur Anwendung kommen. Es handelt sich dabei um Ger\u00e4te, die die Sintertemperatur der Keramik messen und mit Hilfe einer Kontaktsonde die Schrumpfung des Teils in Echtzeit berechnen. W\u00e4hrend des Sinterzyklus kann diese Sonde und der Probenhalter jedoch verformt werden und sogar brechen, was die Messungen verf\u00e4lscht. Das Labor entschied sich aus diesem Grund f\u00fcr den keramischen 3D-Druck. Die Teile k\u00f6nnen nun im eigenen Haus hergestellt werden, was eine bessere Verwaltung der Abl\u00e4ufe und Best\u00e4nde erm\u00f6glicht. Zudem erm\u00f6glicht die additive Fertigung die Entwicklung von ma\u00dfgefertigten Teilen f\u00fcr spezifische Anforderungszwecke.<\/p>\n

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Im Vordergrund: herk\u00f6mmliche Dilatometrie-Verbrauchsmaterialien; im Hintergrund: 3D-gedruckte Verbrauchsmaterialien (Bildnachweis: Zetamix)<\/p><\/div>\n

Die keramische additive Fertigung bietet spezialisierten Laboren und Forschungszentren daher mehr Flexibilit\u00e4t. Zetamix-Materialien eignen sich hervorragend f\u00fcr diese Logik und verf\u00fcgen zudem \u00fcber die erforderlichen mechanischen und chemischen Eigenschaften. Weitere Informationen finden Sie auf der Webseite von Zetamix.<\/a><\/p>\n

Haben Sie bereits vom 3D-Druck mit Keramik geh\u00f6rt? Lassen Sie uns zu diesem Thema gerne einen Kommentar da oder teilen Sie es uns auf Facebook<\/a>,\u00a0Twitter<\/a>,\u00a0LinkedIN\u00a0<\/a>oder\u00a0Xing<\/a>\u00a0mit. M\u00f6chten Sie au\u00dferdem eine Zusammenfassung der wichtigsten Neuigkeiten im 3D-Druck und der additiven Fertigung direkt und bequem in Ihr Postfach erhalten? Dann registrieren Sie sich jetzt f\u00fcr unseren\u00a0w\u00f6chentlichen Newsletter<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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