{"id":35131,"date":"2022-03-02T00:01:34","date_gmt":"2022-03-01T23:01:34","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=35131"},"modified":"2022-03-02T10:06:54","modified_gmt":"2022-03-02T09:06:54","slug":"technische-keramiken-in-der-additiven-fertigung-030320221","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/technische-keramiken-in-der-additiven-fertigung-030320221\/","title":{"rendered":"Technische Keramiken in der additiven Fertigung"},"content":{"rendered":"

Technische Keramik, im Gegensatz zu handwerklicher oder k\u00fcnstlerischer Keramik, ist ein Material, das seit Jahrhunderten in vielen Industriezweigen verwendet wird und f\u00fcr seine Temperaturbest\u00e4ndigkeit, H\u00e4rte und auch seine mechanischen Eigenschaften bekannt ist. Im Bereich der additiven Fertigung sind Keramiken weniger beliebt als Polymere oder Metalle und bleiben demnach noch immer ein Nischenmarkt, obwohl die 3D-Technologien besonders interessant sind. Aufgrund ihrer Eigenschaften gelten technische Keramiken als schwer zu formende Materialien und die additive Fertigung stellt eine relevante Alternative bei der Schaffung komplexer Geometrien dar. Da Keramiken heutzutage mit Lichtpolymerisations<\/a>-, Pulverbett<\/a>– und Extrusionsverfahren<\/a> kompatibel sind, bieten sie Industrieunternehmen, Laboren und Forschungszentren zahlreiche Vorteile. Dazu geh\u00f6rt auch das Forschungszentrum der belgischen Keramikindustrie (CRIBC), das auf mehrere 3D-Druckverfahren setzt, insbesondere das des franz\u00f6sischen Herstellers Pollen AM.<\/p>\n

Das CRIBC hat vor etwa zwanzig Jahren in die additive Fertigung investiert, um Teile mit komplexen Geometrien herstellen zu k\u00f6nnen. Technische Keramiken sind zerbrechliche und feuerfeste Materialien<\/strong>, die von Natur aus schwer zu formen<\/strong> sind. Wenn solch komplexe Geometrien mit herk\u00f6mmlichen Verfahren hergestellt werden m\u00fcssen, f\u00fchrt dies zu einen enorm Zeit- und Kostenanstieg. Das Versprechen der additiven Fertigung besteht darin, diese H\u00fcrde zu \u00fcberwinden: komplexe Geometrien unter Beibehaltung der Eigenschaften von Keramiken, unabh\u00e4ngig vom verwendeten Material.<\/p>\n

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Keramik ist ein Material, das sich nur schwer in Form bringen l\u00e4sst. Dank der additiven Fertigung sind komplexe Geometrien vorstellbar (Bild: 3Dnatives)<\/p><\/div>\n

Technische Keramiken auf dem Markt<\/h3>\n

Derzeit gibt es ein sehr vielf\u00e4ltiges Angebot an technischen Keramiken, die unterschiedliche M\u00e4rkte und Bed\u00fcrfnisse abdecken. Die am h\u00e4ufigsten in der additiven Fertigung eingesetzte Familie sind zweifellos die Oxidkeramiken<\/strong>, die aus Metalloxiden wie Aluminiumoxid oder Zirkoniumdioxid bestehen. Sie werden im medizinischen Bereich f\u00fcr die Herstellung von Knochenimplantaten oder auch in der Uhrenindustrie verwendet. Anschlie\u00dfend folgen die nicht oxidierten Keramiken<\/strong> mit Nitridmaterialien, die gute mechanische Leistungen mit einer guten Temperaturbest\u00e4ndigkeit kombinieren, und Karbiden, die \u00fcberm\u00e4\u00dfig hart sind und h\u00e4ufig wegen ihrer tribologischen Best\u00e4ndigkeit verwendet werden. Ein konkretes Beispiel bietet Siliziumkarbid, das eine dreimal so hohe H\u00e4rte wie Stahl hat.<\/p>

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Bei der additiven Fertigung k\u00f6nnen die Hersteller verschiedene technologische Ans\u00e4tze<\/a> zur Gestaltung ihrer Teile verwenden, aber nicht alle sind mit allen Keramikfamilien kompatibel. Das CRIBC hat mehrere keramische 3D-Druckverfahren getestet und konnte die Qualit\u00e4t der hergestellten Teile sowie ihre Eigenschaften und Leistungen vergleichen. Fabrice Petit, Program Manager Manufacturing Processes am CRIBC, erkl\u00e4rt: „Es gibt viele additive Technologien f\u00fcr Keramik, aber keine davon verdr\u00e4ngt die anderen. Die Wahl wird in Bezug auf die gew\u00fcnschte Anwendung getroffen. Die Stereolithografie zum Beispiel ist ideal f\u00fcr kleine, wenig durchbrochene Teile mit einer geringen Massivit\u00e4t. Das Pulverbindeverfahren erm\u00f6glicht die Herstellung gro\u00dfer Teile, die jedoch sehr por\u00f6s sind, sodass seine Anwendung eher begrenzt ist. Meiner Meinung nach sind Extrusionsverfahren nach wie vor am interessantesten, insbesondere die Technologie von Pollen AM, da sie auf Materialien in Granulatform basiert, die man auch in der Spritzgussindustrie findet. Es handelt sich um eine offene Maschine, die die Materialkosten senkt und das Feld der M\u00f6glichkeiten \u00f6ffnet.<\/em>„<\/p>\n

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Beispiel eines 3D-gedruckten Teils aus Zirkoniumdioxid, das vom CRIBC durch die Pollen AM Maschine gedruckt wurde (Bild: 3Dnatives)<\/p><\/div>\n

Die Entscheidung fiel auf die Pollen AM-Technologie<\/h3>\n

CRIBC arbeitet mit der Pollen AM-Technologie haupts\u00e4chlich mit Oxiden<\/strong>, obwohl bereits begonnen wurde Nitride<\/strong> zu verwenden, um somit den Temperaturanforderungen gerecht zu werden. Sie planen ebenfalls die Pr\u00fcfung von Karbiden, insbesondere Wolframkarbid<\/strong>. Das Forschungszentrum bewertet die Technologie und die Eigenschaften der Teile – seien es Lattenstrukturen, Mikroturbinen aus Nitrid, Schneidwerkzeuge aus Wolframcarbid usw. Und das Ergebnis kann sich sehen lassen: Mit dem Extrusionsverfahren von Pollen AM lassen sich hochwertige Teile herstellen, die eine sehr gute Oberfl\u00e4cheng\u00fcte aufweisen und mechanisch belastet werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Die wohl am weitest verbreitesten Herausforderung in Bezug auf die additive Fertigung mit Keramik: Man muss auf die Porosit\u00e4t der Teile achten, denn wenn diese zu hoch ist, wird die mechanische Leistung nicht zufriedenstellend. Die Oberfl\u00e4chenbeschaffenheit ist ein Schl\u00fcsselpunkt, denn wenn sie verschlechtert ist, f\u00fchrt dies zu Rissen und somit zu einem Teil, das je nach Belastung bricht. In jedem Fall stellt Fabrice Petit klar: „Die additive Fertigung mit Keramik bietet wie alle 3D-Technologien eine gr\u00f6\u00dfere Freiheit bei der Gestaltung. Ich denke, dass dies bei Keramiken aufgrund ihrer Merkmale und Eigenschaften noch relevanter ist.<\/em>„<\/p>\n