Additive Fertigung

3D-Druck mit Keramik

| Redakteur: Dorothee Quitter

Xjet hat das Nano-Particle-Jetting entwickelt. Hierbei werden sehr feine Schichten einer Nanopartikel-Dispersion gedruckt. Die produzierten kleinen und eher flachen Keramikteile haben nach dem anschließenden Sintern sehr feine Details, glatte Oberflächen und eine hohe Genauigkeit.
Xjet hat das Nano-Particle-Jetting entwickelt. Hierbei werden sehr feine Schichten einer Nanopartikel-Dispersion gedruckt. Die produzierten kleinen und eher flachen Keramikteile haben nach dem anschließenden Sintern sehr feine Details, glatte Oberflächen und eine hohe Genauigkeit. (Bild: D.Quitter/konstruktionspraxis)

Die additive Fertigung (AM) mit technischer Keramik ist ein junges Spezialgebiet, das aus den seit mehreren Jahrzehnten bestehenden reiferen Kunststoff- und Metall-AM-Verfahren hervorgegangen ist.

Der Einsatz der Additiven Fertigung in der technischen Keramik steckt noch in den Kinderschuhen, hat aber infolge der Implementierung durch mehrere innovative Firmen für ein paar vielversprechende Anwendungen eine verstärkte Nachfrage erlebt. Er konzentriert sich auf reale Bauteile für den industriellen Einsatz. Die Akzeptanz dieser Disziplin unter führenden Herstellern steigt ständig. Laut Expertenprognosen wird der globale Markt für den 3D-Druck mit technischer Keramik von 174 Mio. US-Dollar im Jahr 2017 auf 544 Mio. US-Dollar im Jahr 2022 ansteigen und könnte bis 2027 einen Wert von 3,1 Milliarden US-Dollar haben. Additive Fertigung mit technischer Keramik wird traditionelle Fertigungsmethoden wie z. B. den keramischen Spritzguss (CIM), heißisostatisches Pressen (HIP), die Extrusion und diverse Gussmethoden ergänzen und in einigen Fällen ersetzen, insbesondere bei der Fertigung komplexer Bauteile in kleinen bis mittleren Stückzahlen. Dies bringt enorme Zeit- und Kostenersparnisse, wobei die Leistung des Bauteils erhalten bleibt.

Zusätzlich wird die additive Fertigung mit technischer Keramik ein ganz neues Spektrum an Anwendungen und Einsatzbereichen realisierbar machen, die zuvor nicht möglich waren. Beispiele hierfür sind konturangepasste Kühlkanäle in Formeinsätzen, personalisierte Implantate und andere medizinische Hilfsprodukte sowie die Erstellung komplexer Geometrien, die das Gewicht eines Bauteils reduzieren und gleichzeitig die Festigkeit optimieren. So begeben sich die Healthcare-, Energie- und Automobilbranche, die bereits mit additiver Fertigung auf Kunststoff- und Metallbasis arbeiten, jetzt auf eine spannende Reise in die technische Keramik. Es wird erwartet, dass die Technologie vollständige Akzeptanz als eine gültige, benötigte und sogar bevorzugte Fertigungsmethode erlangen wird.

Additiv gefertigte Keramikteile

Technische Keramik, auch als Ingenieur-, Industrie- oder Hochleistungskeramik bekannt, wird heute aufgrund ihrer Eigenschaften wie hohe Temperaturbeständigkeit, Robustheit, Festigkeit, chemische Beständigkeit und Abriebfestigkeit in unterschiedlichsten Industrien eingesetzt. Additive hergestellte Keramikbauteile erzielen physikalische Eigenschaften, die identisch mit traditionell gefertigten Bauteilen sind. Allerdings können geometrische Eigenschaften sich entsprechend der eingesetzten Fertigungstechnologie ändern und müssen eventuell nachbearbeitet werden, was potenziell zu zusätzlicher Zeit und zusätzlichen Kosten für das Verfahren führt. Hierbei liefert die Nano Particle Jetting-(NPJ)-Technologie von Xjet einen Vorteil dank ihrer Fähigkeit, endkonturnahe Bauteile zu produzieren.

Die Nano Particle Jetting-Technologie

Xjet wurde im Jahr 2005 gegründet und forscht seitdem an der NPJ-Technologie. Diese neue Technologie, die anders als andere additive Fertigungsverfahren wie z. B. Stereolithografie, DLP und Binder Jetting ist, liefert hochwertige Keramikbauteile mit glatten Oberflächen, sehr feinen Details, hoher Dichte und hoher Maßtoleranz. Erreicht wird dies durch die Dispersion von Keramikpartikeln in Nanogröße, die in einer Flüssigrezeptur suspendiert sind und aus Tintenstrahldüsen gespritzt werden, wodurch sehr dünne Schichten aufgebaut werden. Die verschiedenen Formen und Größen dieser Nanopartikel ermöglichen eine natürliche Ablagerung und eine hohe Dichte, was zu festen, robusten und harten Keramikbauteilen führt.

2017 wurde mit Carmel 1400 das erste additive Fertigungssystem auf Basis der NPJ-Technologie vorgestellt. Es druckt Bau- und Trägermaterial simultan, wodurch Designfreiheit für die komplexesten Formen erzielt wird. Einsatz findet es bereits in Deutschland bei der Firma Oerlikon Citim. In den USA wird es in Kürze beim Unternehmen Youngstown Business Incubator installiert. Beide Standorte produzieren Teile aus Keramikmaterial, die in verschiedensten Anwendungen in diversen Branchen zum Einsatz kommen. (qui)

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