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Keramik 3D-Druck

Das Verfahren

Beim Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM) handelt es sich um ein mehrteiliges additives Fertigungsverfahren zum Aufbau von 3D-Objekten aus technischer Keramik. Eine flüssige Suspension aus feinkörnigem Keramikpulver und einem UV-lichtempfindlichem Monomer wird dabei im Stereolithographie-Verfahren Schicht für Schicht zu einem sogenannten Grünkörper oder Grünling aufgebaut, der durch die Bestrahlung mit dem UV-Laser ausgehärtet wird. Nachfolgend durchläuft der Grünling eine mehrstufige thermische Behandlung bei Brenntemperaturen bis zu 1.600 °C. Beim thermischen Entbindern werden zunächst die als Bindemittel eingesetzten Polymere entfernt. Durch einen finalen Sintervorgang erhält das Bauteil die für Keramik typische hohe Dichte.

Vorteile

  • Hochpräzise Bauteile mit glatter, glänzender Oberfläche
  • Resistenz gegen Säure, Lauge und Hitze
  • Hoher E-Modul bei hohen Temperaturen
  • Gute elektrische Isolationseigenschaften
  • Gasdichter Werkstoff
  • Vielfältige Einsatzmöglichkeiten durch Biokompatibilität
  • Rentabel auch für die Einzelteilfertigung dank werkzeugloser Herstellung in kürzester Zeit
  • Werkstücke in Serienqualität
  • Große Designfreiheit in der Konstruktion

Materialien

Keramik-Objekte zeichnen sich durch ihr ausgezeichnetes thermisches und elektrisches Isolationsvermögen sowie die hohe Temperaturbeständigkeit aus. Die LCM-Technologie ist in der Lage hochpräzise 3D-Objekte mit glatter Oberfläche aus Keramik anzufertigen, so lassen sich sogar komplexe Kleinstbauteile herstellen.

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Aluminiumoxid

Eigenschaften

Aluminiumoxid (Al2O3 99.9%) ist am meisten verbreiteter Werkstoff der technischen Keramik und zeichnet sich durch extreme Widerstandsfähigkeit aus. Mit seinem außergewöhnlichen Härtegrad und der Resistenz gegen hohe Temperaturen (>1600°C) erfüllt der keramische Werkstoff eine Vielzahl von mechanischen und chemischen Anforderungen.

Farbe weiß
Preis
10/10
Genauigkeit
10/10
Stabilität
6/10
Flexibilität
0/10
Oberfläche
10/10
Haptik glatt

Zirkonoxid*

Eigenschaften

Wegen seiner zähen Beschaffenheit wird Zirkonoxid (ZrO2 mit 3 mol-% Y2O3)auch als „keramischer Stahl“ bezeichnet. Zugleich weist dieser Werkstoff eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Durch Dotieren, beispielsweise mit Y2O3, lassen sich variable Eigenschaften für vielfältige Einsatzgebiete erzielen. Die Dotierung mit Y2O3 verleiht ZrO2 seine finalen Eigenschaften der Zähigkeit.
*Nur auf Anfrage lieferbar.

Farbe weiß
Preis
10/10
Genauigkeit
10/10
Stabilität
6/10
Flexibilität
0/10
Oberfläche
10/10
Haptik glatt

Keramik 3D-Druck in der Anwendung

Die LCM-Technologie ermöglicht die additive Fertigung von technischer Keramik mit hoher Festigkeit und Präzision. Selbst Kleinstbauteile mit komplexen Geometrien lassen sich mithilfe des Verfahrens detailliert ausformen. Die direkt aus den 3D-Daten erzeugten Objekte weisen dabei die gleichen Materialeigenschaften auf wie herkömmlich produzierte Keramikprodukte, wodurch sich eine Fülle von Anwendungsmöglichkeiten ergibt.

Leistungsstarker Metall-Ersatz

In vielen Bereichen, in denen lange Zeit auf Metalle gesetzt wurde, sind heute keramische Werkstoffe auf dem Vormarsch. Grund dafür sind neben den neuen technischen Möglichkeiten die positiven Eigenschaften des Materials, die von zahlreichen Branchen geschätzt werden. Hervorzuheben sind hier etwa die ausgezeichnete Temperaturbeständigkeit, das gute thermische und elektrische Isolationsvermögen sowie die hohe mechanische Verschleißfestigkeit.

Beständig gegen Hitze und mechanische Belastung

Ein gängiges Einsatzfeld ist die Hochtemperaturtechnik, bei der Werkstoffe Temperaturen bis weit über 1.000 °C ohne Verzug oder Ermüdung standhalten müssen. Auch im modernen Fahrzeug- und Automobilbau kommt technische Keramik vermehrt zur Anwendung und unterstützt mit ihrem hohen Härtegrad bei vergleichsweise geringem Gewicht beispielsweise den Trend zum Leichtbau. Häufigen Einsatz finden keramische Werkstoffe zudem in der Medizintechnik. Hier ergeben sich große Potenziale insbesondere durch die Lebensmittelechtheit und Biokompatibilität.

Anpassungsfähige Materialeigenschaften

Dass die sogenannte Hochleistungskeramik ihre Vorteile ausspielt, wo andere Werkstoffe ihre Grenzen erreichen, liegt auch in ihrem Herstellungsprozess begründet. Während bei den meisten Materialien die wesentlichen Eigenschaften bereits vor der Formgebung feststehen, können die Merkmale keramischer Bauteile noch während ihrer Fertigung maßgeblich beeinflusst werden, beispielsweise durch gezielte Zugabe von Dotierungen. Das Produkt mit seinen finalen Materialeigenschaften entsteht erst durch den Prozess des Sinterns.

Funktionsorientiertes Design

Der konstruktiven Freiheit sind bei der additiven Fertigung keramischer Bauteile kaum Grenzen gesetzt. Sowohl funktionstüchtige Prototypen, zum Beispiel für erste Produkttests, als auch qualitativ hochwertige Kleinserien (Rapid Manufacturing) lassen sich in hoher Komplexität herstellen. Das Design kann sich dabei in erster Linie an der angestrebten Funktionalität des Produkts orientieren, da die Einschränkungen herkömmlicher Formgebungsverfahren bei der werkzeuglosen Methode entfallen.

Technische Informationen

  • Wanddicken bis 4 mm
  • Bauteile bis 61 mm x 34,5 mm x 117 mm können in einem Stück hergestellt werden
  • Pixelauflösung des Grünkörpers 40 x 40 µ und 25 µ Schichtstärke
  • Ra-Wert=0,4
  • Toleranzen: +/- 1 %, min. 0,032 mm, max. 0,1 mm

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