{"id":47313,"date":"2023-05-15T00:01:51","date_gmt":"2023-05-14T22:01:51","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/?p=47313"},"modified":"2023-05-22T17:31:48","modified_gmt":"2023-05-22T15:31:48","slug":"luft-und-raumfahrt-keramischen-3d-druck-150520231","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/de\/luft-und-raumfahrt-keramischen-3d-druck-150520231\/","title":{"rendered":"Komplexe Strukturen f\u00fcr die Luft- und Raumfahrt durch keramischen 3D-Druck"},"content":{"rendered":"

Die Industrie ist zunehmend auf der Suche nach neuen und fortschrittlichen Werkstoffen und Verfahren zur Verbesserung ihrer Produkte und die Luft- und Raumfahrt<\/a> bildet hier keine Ausnahme. Die Bed\u00fcrfnisse der Branche entwickeln sich mit der Einf\u00fchrung strikterer Anforderungen stetig weiter. Daher sind neue Technologien gefragt, die innovative und effiziente L\u00f6sungen bieten. Die additive Fertigung entwickelt sich zu einer idealen L\u00f6sung f\u00fcr Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt. Einem Bericht von Research and Markets zufolge wurde der Wert des Marktes f\u00fcr 3D-Druck in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungsbereich im Jahr 2021 auf 1,9 Milliarden US-Dollar gesch\u00e4tzt, mit einer erwarteten j\u00e4hrlichen Wachstumsrate von \u00fcber 24 % von 2022 bis 2027. Additive Technologien bringen erhebliche Ver\u00e4nderungen und Vorteile f\u00fcr die Luft- und Raumfahrtindustrie mit sich, wie z. B. die Herstellung leichterer, festerer und komplexerer Teile, Designfreiheit, die M\u00f6glichkeit, mehrere Teile zu einer einzigen Einheit zu kombinieren, die Reduzierung der Verschwendung teurer Rohstoffe sowie Kosten- und Ressourceneffizienz.<\/p>\n

Betrachtet man die innovativen Materialien, die im 3D-Druck verwendet werden k\u00f6nnen, so ist Keramik das erfolgreichste. Es hat sich gezeigt, dass dieses Material die notwendigen Eigenschaften besitzt, um die Anforderungen der Industrie und die hohen Standards in der Luft- und Raumfahrt zu erf\u00fcllen. Zu den Unternehmen, die sich auf die additive Fertigung von Keramik spezialisiert haben, geh\u00f6rt der \u00f6sterreichische Hersteller Lithoz, der die LCM-Technologie (Lithography-based Ceramic Manufacturing<\/a>) f\u00fcr komplexe Teile mit hoher Aufl\u00f6sung entwickelt hat. Das Unternehmen hat den Verkauf seiner keramischen 3D-Druckl\u00f6sungen und den Umsatz bis zum Jahr 2022 verdoppelt, was auf das Interesse des Marktes an dieser Technologie in verschiedenen Branchen, einschlie\u00dflich der Medizin<\/a>– und Luftfahrtindustrie, hinweist.<\/p>\n

\"lithoz\"

Ein 3D-gedrucktes Keramikteil<\/p><\/div>\n

Die Vorteile des keramischen 3D-Drucks in Luft- und Raumfahrtanwendungen<\/h3>\n

Der Forschungsbericht mit dem Titel „3D Printing Ceramics 2022-2032: Technology and Market Outlook“ unterstreicht das signifikante Wachstum des Marktwertes des keramischen 3D-Drucks, der bis 2023 sch\u00e4tzungsweise 400 Millionen US-Dollar erreichen wird. Dem Bericht zufolge sind die Luft- und Raumfahrtindustrie, die Verteidigungsindustrie, die Dentalindustrie und die chemische Industrie am st\u00e4rksten an der keramischen Fertigung zur Herstellung von Kleinserien interessiert. Keramik ist in der Luft- und Raumfahrtindustrie aufgrund der au\u00dfergew\u00f6hnlichen Eigenschaften, wie hohe Hitze-, Oxidations- und Abriebfestigkeit sowie mechanische und dimensionale Stabilit\u00e4t beliebt. Dies macht Keramik hocheffizient und geeignet f\u00fcr den Einsatz unter extremen Bedingungen, was es zu einem idealen Material f\u00fcr den Bau von Raumfahrzeugen der n\u00e4chsten Generation macht, insbesondere f\u00fcr Teile, die hohen Belastungen ausgesetzt sind. Wir beziehen uns haupts\u00e4chlich auf „fortschrittliche keramische Werkstoffe“ oder „technische Keramik“, welches bemerkenswerte Eigenschaften wie hohe Festigkeit, Korrosionsbest\u00e4ndigkeit und hervorragende thermische und elektrische Isolierung aufweist. Zu den bemerkenswertesten Hochleistungskeramiken geh\u00f6ren Aluminiumoxid (Al2O3), Siliziumnitrid (Si3N4), Siliziumkarbid (SiC) und Zirkoniumdioxid (ZrO2). Mittels 3D-Druck k\u00f6nnen sogar Ultrahochtemperaturkeramiken (UHTC) verarbeitet werden. Die Materialeigenschaften sind in dieser Branche besonders gefragt.<\/p>

\"\"<\/a><\/div>\n

Keramiken haben sogar einige traditionellere Werkstoffe in der Luft- und Raumfahrtindustrie, wie z. B. Metalle, ersetzt. Auch wenn Metalle immer noch die am h\u00e4ufigsten verwendeten Werkstoffe in der Luft- und Raumfahrtindustrie sind, wird ihre Verwendung f\u00fcr einige Anwendungen in Frage gestellt. Die Notwendigkeit, effizientere Weltraumtriebwerke zu entwickeln, Weltraumabfall zu reduzieren oder pr\u00e4zisere und komplexere Kerne f\u00fcr die Luftfahrtgie\u00dferei zu entwickeln, hat zur Suche nach alternativen Materialien gef\u00fchrt. Keramik bietet nun praktische L\u00f6sungen f\u00fcr diese Probleme, da es sich weniger schnell abnutzt. Au\u00dferdem lassen sich in Kombination mit der additiven Fertigung Teile mit einer h\u00f6heren Detailtreue herstellen.<\/p>\n

Der keramische 3D-Druck hat daher ein enormes Potenzial f\u00fcr die Luft- und Raumfahrtindustrie, wie die verschiedenen Anwendungen der LCM-Technologie von Lithoz zeigen. Ein gutes Beispiel f\u00fcr die au\u00dfergew\u00f6hnlichen F\u00e4higkeiten von Hochleistungskeramik ist die 3D-gedruckte Aerospike-Triebwerksd\u00fcse aus Siliziumnitrid des Unternehmens. Diese D\u00fcse hat bereits alle Belastungstests erfolgreich bestanden und damit bewiesen, dass sie selbst bei Temperaturen von \u00fcber 1200 \u00b0C erheblichen Temperaturschocks standhalten kann.<\/p>\n

\"keramischen

Die 3D-gedruckte Aerospike-Triebwerksd\u00fcse<\/p><\/div>\n

Hohe Aufl\u00f6sung und Detailgenauigkeit durch die LCM-Technologie<\/h3>\n

In der Keramikindustrie sind Pr\u00e4zision und Genauigkeit von entscheidender Bedeutung, da ein einziger kleiner Fehler zum v\u00f6lligen Misserfolg des Teils und damit der Anwendung f\u00fchren kann. Aus diesem Grund wurde Lithoz mit Hinblick auf die grundlegenden Werte Ausdauer und Pr\u00e4zision gegr\u00fcndet. Im Laufe der mehr als zehnj\u00e4hrigen Erfahrung ist es dem Unternehmen gelungen, die Technologie so zu verbessern, dass eine Null-Fehler-Toleranz erreicht werden konnte.<\/p>\n

Die Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM) Technologie von Lithoz basiert auf der Photopolymerisation. Der CeraFab 3D-Drucker gibt eine mit Keramik beladene Fl\u00fcssigkeit (Slurry) in eine transparente Wanne. Die Druckplatte bewegt sich von oben nach unten und wird selektiv mit blauem Licht von unten beleuchtet. Mithilfe eines digitalen Mikrospiegels (DMD) und eines hochmodernen Projektionssystems wird ein schichtweises Bild erzeugt, sodass der Gr\u00fcnling Schicht f\u00fcr Schicht entsteht. Das Verfahren erfordert eine thermische Nachbehandlung, um das Bindemittel zu entfernen und die Teile zu sintern, dadurch entstehen hochdichte keramische Komponente, die stabil und haltbar sind.<\/p>\n

Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die gesamte Oberfl\u00e4che gleichzeitig belichtet wird und das mit keinerlei Abweichungen \u00fcber die gesamte Bauplattform. Das bedeutet, dass die Teile mit Konsistenz und Genauigkeit auf der ganzen Druckplatte reproduziert werden, unabh\u00e4ngig davon, auf welcher Stelle sie gedruckt werden. Diese Pr\u00e4zision der Belichtung erm\u00f6glicht es, \u00e4u\u00dferst komplexe Mikrostrukturen zu erzielen.<\/p>\n

Lithoz hat heute acht verschiedene 3D-Druckl\u00f6sungen auf dem Markt, allesamt Varianten der CeraFab-Maschine, die jeweils ihre eigenen Spezifikationen haben – die CeraFab S25 beispielsweise wurde speziell f\u00fcr hohe Aufl\u00f6sung von bis zu 25\u00b5m entwickelt. Interessanterweise wird die Technologie von Lithoz inzwischen nicht nur f\u00fcr Kleinserien, sondern auch f\u00fcr Gro\u00dfserien eingesetzt. So nutzte die Steinbach AG die CeraFab-Systeml\u00f6sung von Lithoz f\u00fcr die Massenproduktion von Operationsschl\u00e4uchen. Das komplexe Design der Rohre erforderte den Einsatz der additiven Fertigung vom Prototyping bis zur Endfertigung. Steinbach war in der Lage, 12.000 Teile pro Jahr zu produzieren, was die Effektivit\u00e4t der additiven Fertigung bei der Skalierung der Produktion bis hin zur Serienfertigung demonstriert.<\/p>\n

\"cerafab\"

Die CeraFab 3D-Druckreihe von Lithoz<\/p><\/div>\n

Optimierte Strukturen f\u00fcr die Luft- und Raumfahrt dank keramischem 3D-Druck<\/h3>\n

Wie bereits erw\u00e4hnt, ist die M\u00f6glichkeit, die Eigenschaften von Keramik mit der Flexibilit\u00e4t des 3D-Drucks zu kombinieren, einer der Hauptvorteile des Einsatzes dieser Technologie in der Luft- und Raumfahrt. Die M\u00f6glichkeit, das Design eines Bauteils genau anzupassen, seine Struktur zu ver\u00e4ndern und sogar spezifische Funktionen hinzuzuf\u00fcgen, ist etwas, das die Akteure der Branche bei der Herstellung komplexer Teile suchen.
\nEin praktisches Beispiel daf\u00fcr ist die Herstellung von HF-Filtern f\u00fcr Luft- und Raumfahrtanwendungen. HF-Filter sind wichtige elektronische Schaltungen, die die Signalqualit\u00e4t verbessern und St\u00f6rungen in Kommunikationssystemen wie Satellitenkommunikation, Radar und Avionik minimieren. Der keramische 3D-Druck erm\u00f6glicht die Herstellung hochentwickelter Resonatoren mit einer breiten Palette von Formen, Ordnungen und Bandbreiten, die in ein einziges Bauteil integriert werden k\u00f6nnen, um die Leistung, Zuverl\u00e4ssigkeit und Haltbarkeit zu optimieren.<\/p>\n

\"rf

Links ein HF-Filter und rechts der 3D-gedruckte Keramikresonator. Der Resonator kann in verschiedenen Gr\u00f6\u00dfen gedruckt werden<\/p><\/div>\n

Doch warum sollte man diese Teile mit Keramik 3D-drucken? In der Luft- und Raumfahrtindustrie spielen HF-Filter eine entscheidende Rolle bei der Gew\u00e4hrleistung einer zuverl\u00e4ssigen und genauen Kommunikation in Hochfrequenzb\u00e4ndern. Aufgrund der rauen Umgebungsbedingungen, denen sie standhalten sollen, m\u00fcssen diese Filter sehr leistungsf\u00e4hig sein und strikte Anspr\u00fcche an Zuverl\u00e4ssigkeit und Leistung erf\u00fcllen. Dank ihrer vorteilhaften Materialeigenschaften eignen sich Keramiken perfekt zur Erf\u00fcllung dieser Anforderungen und erm\u00f6glichen gleichzeitig die Miniaturisierung dieser Filter zur Gewichtsreduzierung – ein entscheidender Faktor in der Luft- und Raumfahrt. Dar\u00fcber hinaus weisen Keramikfilter eine gute Temperatur- und Zeitstabilit\u00e4t auf, was langfristig eine zuverl\u00e4ssige und gleichbleibende Leistung gew\u00e4hrleistet.<\/p>\n

Kontrolle der Mikrostruktur von keramischen Komponenten<\/h3>\n

Die keramischen 3D-Druckl\u00f6sungen von Lithoz bieten einen bemerkenswerten Vorteil f\u00fcr komplexere Anwendungen, da sie eine pr\u00e4zisere Kontrolle der Mikrostruktur und Porosit\u00e4t des Materials erm\u00f6glichen, was bei allen anderen derzeit verf\u00fcgbaren AM- oder konventionellen Fertigungstechniken eine Einschr\u00e4nkung darstellt. Mit der LCM-Technologie von Lithoz lassen sich dank des Zwei-Kammer-Systems auch 3D-Materialien und funktional abgestufte Keramiken drucken. Dieses System erm\u00f6glicht im neu entwickelten Multi-Material-LCM-Druckeraufbau nicht nur die Zuordnung eines Materials zu einer beliebigen Schicht, sondern auch die Verwendung unterschiedlicher Materialien in jeder Schicht durch Zuordnung der jeweiligen Materialien zu ausgew\u00e4hlten Pixeln des Schichtbildes. So haben Lithoz und das Fraunhofer IGD beispielsweise Teile aus Aluminiumoxid mit hoher Komplexit\u00e4t und einem definierten Gradienten von dicht und por\u00f6s in einem einzigen Teil hergestellt. Diese F\u00e4higkeit ist unter anderem f\u00fcr den 3D-Druck von komplexen Katalysatoren f\u00fcr die Luft- und Raumfahrt von gro\u00dfer Bedeutung.<\/p>\n

\"lithoz\"

Demonstrationsteile mit dichter bis por\u00f6ser Abstufung f\u00fcr Anwendungen in verschiedenen Bereichen, wie Katalysatoren, Filter oder Knochenstrukturen<\/p><\/div>\n

All diese Beispiele zeigen, dass es m\u00f6glich ist, durch den Einsatz der additiven Fertigung die Eigenschaften keramischer Bauteile zu verbessern, ihre Komplexit\u00e4t zu erh\u00f6hen und damit auch ihre Effizienz zu steigern. Dieser Ansatz er\u00f6ffnet auch neue Forschungsm\u00f6glichkeiten in der Luft- und Raumfahrtindustrie. Die Lithoz LCM-Technologie erm\u00f6glicht im Vergleich zu anderen Verfahren auf dem Markt die Fertigung von komplexeren und besser aufgel\u00f6sten Teilen und ist damit die perfekte L\u00f6sung f\u00fcr die st\u00e4ndig steigenden Anforderungen an die Geometrien von Luft- und Raumfahrtkomponenten. Mehr \u00fcber Lithoz finden Sie HIER<\/a>.<\/p>\n

Was halten Sie von der L\u00f6sung f\u00fcr den keramischen 3D-Druck von Lithoz? Lassen Sie uns gerne einen Kommentar da, oder teilen Sie es uns auf Facebook<\/a>\u00a0oder\u00a0\u00a0LinkedIN<\/a>\u00a0 mit. 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

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*Alle Bildnachweise: Lithoz<\/em><\/p>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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