Technische Keramik 3D-Druck

Keramik in additiver Fertigung – überzeugende Qualität bis ins kleinste Detail

Feine Bauteile bis ins kleinste Detail in höchster Qualität herzustellen war bisher sehr teuer und damit unwirtschaftlich. Die perfekte Lösung für dieses Problem sind suspensionsbasierte additive Verfahren für technische Keramik wie das Lithography based Ceramic Manufacturing (LCM). Wo herkömmliche Fertigungsmethoden an ihre Grenzen stoßen, zeigt die additive Fertigung unserer 3D-Druck-Keramik Form Ceram ihre Stärken. Dank des auf LCM-Technologie basierenden Verfahrens können wir Kleinstbauteile in perfekter Präzision herstellen, die konventionellen nicht herstellbar sind. Darüber hinaus waren die bisherigen generativen Fertigungsmethoden nur eingeschränkt für Prototyping geeignet. Mit dem LCM-Verfahren ist es uns als Dienstleister möglich, Prototyping in Serienqualität sowie kleine und mittlere Serien herzustellen

Vorgehensweise im Lithography based Ceramic Manufacturing (LCM)

Das LCM-Verfahren ist ein mehrteiliges additives Fertigungsverfahren zum Aufbau von technischer 3D-Keramik. Additiv bedeutet, dass dreidimensionale Bauteile durch das Aneinanderfügen von Schichten hergestellt werden. Die additive Fertigung wird häufig auch 3D-Druck oder generative Fertigung genannt. Sie hat sich in den letzten Jahren als effektives Verfahren zur werkzeuglosen Herstellung komplexer Bauteile entwickelt.

Beim Lithography based Ceramic Manufacturing wird im Stereolithografieverfahren eine Suspension aus einem auf UV-Licht empfindlichen Monomerharz und einem feinkörnigen Keramikpulver anhand von CAD-Daten Schicht für Schicht zu einem Grünkörper aufgebaut. Nach jeder Schicht wird das Bauteil mit UV-Laserlicht belichtet und härtet die Suspension aufgrund der Polymerisation des Harzes aus. Die Polymermatrix dient als Binder zwischen den keramischen Partikeln und bildet das Grundgerüst des Bauteils.

Danach durchläuft der Grünkörper eine thermische Behandlung in mehreren Stufen. Beim thermischen Entbindern werden die fotosensiblen Polymere entfernt. Im Anschluss erhält das keramische Bauteil durch einen Sinterprozess seine typisch hohe Dichte.

Die entstandenen Produkte verfügen über eine glänzende und glatte Oberfläche und sind vor allem biokompatibel, hitzebeständig bis 1600°C, hart, nicht leitend, verschleißfest, lebensmittelecht und chemisch beständig.

Eingesetzte Materialien

Das LCM-Verfahren zur Herstellung von technischer Keramik eignet sich im Grunde für alle sinterfähigen Keramikpulver. Die Steinbach AG fertigt für Sie technische 3D-Druck-Keramik aus Aluminiumoxid und Zirkonoxid.

Aluminiumoxid:

Aluminiumoxid (Al2O3) ist der am meisten verbreitete Werkstoff zur Fertigung von technischer Keramik. Mittlerweile ist das Material in zahlreichen Studien sehr gut erforscht. Es zeichnet sich vor allem durch seine hohe Härte und extreme Widerstandsfähigkeit aus. Auch aufgrund seiner Hochtemperatureigenschaften (>1600 °C) erfüllt Aluminiumoxid einen großen Teil der chemischen und mechanischen Anforderungen, die an keramische Werkstoffe gestellt werden.

Zirkonoxid:

Zirkonoxid (ZrO2) verfügt über stahlähnliche Eigenschaften und eine große Zähigkeit, während es eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Aufgrund seiner guten tribologischen Eigenschaften eignet sich das Material zum Einsatz in der Medizin, zum Beispiel für medizinischen Instrumente. Ebenso sind Gleitelemente im Bereich der Technik aus diesem Material möglich.

Erfahren Sie hier mehr zu den Materialien

 

Stärken des LCM-Verfahrens

Eine der großen Stärken der LCM-Technologie ist der designgetriebene Konstruktionsprozess. Mit ihm können komplexe Geometrien wie innen liegende Strukturen, Hohlräume und Hinterschneidungen realisiert werden. Außerdem verkürzt die werkzeuglose Herstellung von Bauteilen die Entwicklungs- und Produktionszeiten und ermöglicht somit eine wirtschaftliche Anfertigung von Prototypen.

Das Verfahren arbeitet besonders ressourcenschonend und sparsam, denn überschüssiges Material wird in weiteren Prozessen wiederverwendet. Darüber hinaus erlaubt es wie alle 3D-Druckverfahren eine schnelle Anpassung des CAD-Modells, ohne Werkzeuge aufwändig anpassen zu müssen.

Weitere Informationen zum Prozessablauf und Verfahren

 

3D-Druck-Keramik in der Anwendung

Mit dem additiven LCM-Verfahren ist es möglich, komplexe Geometrien für Hochleistungskeramik im Bereich Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und Maschinenbau mit hoher Festigkeit und Präzision in Einzelfertigung und kleinen bis mittleren Serienstückzahlen herzustellen.

Ein gängiges Einsatzgebiet ist zum Beispiel die Hochtemperaturtechnik. Hier müssen Werkstoffe hohe Temperaturen bis weit über 1000°C standhalten, ohne zu ermüden oder Verzug zu zeigen. Auch die Anwendung im Leichtbau wird durch den hohen Härtegrad und durch das vergleichsweise geringe Gewicht der 3D-Keramiken unterstützt. Ebenso finden keramische Werkstoffe in der Medizintechnik Anwendung, da sich hier große Potenziale hinsichtlich ihrer Biokompatibilität und Lebensmittelechtheit ergeben.

Wir bieten unsere Kompetenz im Bereich der additiven Fertigung technischer Keramik in 3D-Druck branchenübergreifend an, zum Beispiel für:

  • Analysetechnik
  • Plasmatechnik
  • Raumfahrt
  • Medizintechnik
  • Mikroelektronik
  • Luftfahrt
  • thermische Analytik
  • Mikroreaktoren
  • korrosionsresistente Teile für die chemische Industrie

Eigenschaften der im LCM-Verfahren hergestellten technischen 3D-Druck-Keramik

Da Keramik in vielen Aspekten robuster und leistungsstärker als andere Werkstoffe ist, wird sie häufig als Werkstoff der Zukunft bezeichnet.

Unsere additiv mit LCM-Technologie gefertigte Keramik zeichnet sich vor allem durch folgende Merkmale aus:

  • chemische Beständigkeit gegen Laugen und Säuren
  • geringe Dichte
  • wirkt isolierend
  • geringe Wärmeausdehnung
  • hohe Korrosions- und Temperaturbeständigkeit
  • hohe Härte
  • gute tribologische Eigenschaften
  • sehr verschleißfest
  • ausgezeichnet biokompatibel und dadurch in der Medizin vielfältig einsetzbar
  • hoher E-Modul bei hohen Temperaturen
  • Serienqualität
  • gasdichte Bauteile
  • glänzende und glatte Oberfläche
  • komplexe Geometrie

Maßgeschneiderte Lösungen für Sie

Ab der Losgröße 1 produzieren wir für Sie nach Ihren individuellen Wünschen im additiven Verfahren Ihre Einzelteilfertigung oder Ihren Prototyp. Ebenso sind Serienstückzahlen möglich. Wir beraten Sie dabei gerne, welches Keramikmaterial für Ihre Anwendung am besten geeignet ist. Gleichzeitig übernehmen wir die Entwicklung eines für Sie optimierten CAD-Modells oder eine Computersimulation Ihrer gewünschten Bauteile. Auch mehrere Varianten eines Bauteils sind möglich. Rufen Sie uns an oder schreiben Sie uns eine E-Mail. Wir beraten Sie gerne gründlich zu unserem Leistungsportfolio und unseren maßgeschneiderten Lösungen. Wir freuen uns schon auf Sie!

Telefon: +49 5231 9607-73
E-Mail: info-tc(at)steinbach-ag.de