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Keramischer 3D-Druck Bosch Advanced Ceramics baut Kompetenzen in additiver Fertigung aus

Keramische Werkstoffe eröffnen dem 3D-Druck völlig neue Möglichkeiten. Bosch Advanced Ceramics als Systemlieferant hilft seinen Kunden dabei, diese extrem vielseitige Materialfamilie für intelligente Lösungen zu nutzen.

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„Der keramische 3D-Druck wird in Zukunft eine immer wichtigere Rolle im Bereich der Hochleistungskeramik einnehmen. Wir haben das Ziel in diesem Bereich Weltmarktführer zu werden.“ Oliver Kriese (CSO, Bosch Advanced Ceramics)
„Der keramische 3D-Druck wird in Zukunft eine immer wichtigere Rolle im Bereich der Hochleistungskeramik einnehmen. Wir haben das Ziel in diesem Bereich Weltmarktführer zu werden.“ Oliver Kriese (CSO, Bosch Advanced Ceramics)
(Bild: Bosch Advanced Ceramics / Grow plattform GmbH)

Keramik ist ein Material mit vielen einzigartigen Eigenschaften – sehr hart, isolierend, biokompatibel, lebensmittelecht, chemisch inert und temperaturstabil. Da sie als Funktionswerkstoff immer mehr an Bedeutung gewinnt, erwarten Analysten in den nächsten sechs Jahren eine Verdreifachung des Marktanteils der Keramik an den AM-Werkstoffen. Eine ganze Reihe dieser keramischen Werkstoffe wie Aluminiumoxid, Zirkonoxid oder ZTA (Zirconia toughened Alumina, eine Mischung der beiden erstgenannten Stoffe) lassen sich in speziellen 3D-Druckern verarbeiten. Die additive Fertigung bietet durch ihren hohen Grad an gestalterischer Freiheit viele neue Möglichkeiten und realisiert kundenspezifisches Produktdesign.

Beispiel für Designvariation: Strömungsoptimierte Kanäle, Düsen für Mischer, Wärmetauscher, Einspritz- und Dosierkomponenten
Beispiel für Designvariation: Strömungsoptimierte Kanäle, Düsen für Mischer, Wärmetauscher, Einspritz- und Dosierkomponenten
(Bild: Bosch Advanced Ceramics / Grow plattform GmbH)

Ein Alleinstellungsmerkmal der additiven Technologien ist die freie Gestaltung von innenliegenden Strukturen. Nur mit diesem Fertigungsverfahren lassen sich Kanäle, Hinterschnitte und Öffnungen praktisch beliebig formen und platzieren. Zusammen mit der hohen Präzision des 3D-Drucks mit Keramik lassen sich die filigransten Strukturen erzeugen: Die minimale Wandstärke beginnt bei 150 Mikrometer, der kleinste mögliche Kanaldurchmesser bei 200 Mikrometer. Als erfahrener Hersteller hat Bosch Advanced Ceramics den 3D-Druck so weiterentwickelt, dass auch hochpräzise Serienfertigung möglich ist.

Die hohe Stabilität und Präzision der 3D-gedruckten Keramikteile ermöglicht es, Bauteile extrem genau zueinander und dauerhaft zu positionieren, beispielsweise die Linsen eines optoelektronischen Sensors. Zudem lassen sich leitende Strukturen mithilfe verschiedener Verfahren direkt auf das Bauteil aufbringen – so entstehen hochintegrierte elektromechanische Produkte, wie sie in IoT-Szenarien oft benötigt werden. Ein Beispiel sind in-situ-Messsensoren, die direkt an der Stelle, an der z.B. eine mechanische Funktion umgesetzt wird, elektrisch einen Messwert aufnehmen.

Beispiel für Designvariation: Filigrane Gitterstrukturen, minimale Wandstärken ermöglichen Leichtbau und Miniaturisierungen
Beispiel für Designvariation: Filigrane Gitterstrukturen, minimale Wandstärken ermöglichen Leichtbau und Miniaturisierungen
(Bild: Bosch Advanced Ceramics / Grow plattform GmbH)

In den unterschiedlichen Branchen sind vielfältigste Eigenschaften der technischen Keramik von entscheidender Bedeutung. Die Härte und Verschleißfestigkeit des Materials und dessen glatte Oberfläche machen es zur ersten Wahl, wenn es um Pumpen, Ventile oder Dichtungen geht, beispielsweise in der Dosier- und Fördertechnik. Ventile oder Düsen sind gute Beispiele, wie sich die Vorteile der additiven Technologie und des Materials optimal verbinden lassen, denn im 3D-Druck lassen sich Düsenkanäle und Ventil-Innenbereiche nahezu völlig frei gestalten und ohne Nachbearbeitung herstellen.

Auch im Automobilbereich sind Keramikteile an vielen Stellen zu finden. Als Sensorhalter in Lambdasonden gewährleistet der Halter aus Keramik zuverlässig die elektrische Isolation des Sensors, auch bei den sehr hohen Temperaturen und starken Vibrationen, die am Anfang des Abgasstrangs auftreten. Die Antriebstechnologien der Zukunft bieten eine Vielzahl zusätzlicher Anwendungsgebiete, so ist beim Elektroantrieb die elektrische Isolation der Keramik gefragt, bei der Brennstoffzelle punktet das Material mit seiner Beständigkeit gegen aggressive Medien.

Glatte Oberflächen und Chemikalienbeständigkeit spielen in der Medizintechnik eine bedeutende Rolle, zudem ist die Biokompatibilität des Materials ein Pluspunkt. Ob innerhalb des Körpers in Implantaten wie einem Herzschrittmacher oder außerhalb bei chirurgischen Instrumenten oder in Apparaten – an vielen Stellen bieten Keramikbauteile große Vorteile. Zudem lässt sich Keramik hervorragend sterilisieren und ist verschleißbeständig, so dass kein Abrieb in den Körper gelangt.

Technische Keramik bietet viele Vorteile, die sich durch geeignete Beschichtungen nochmals erweitern lassen. Eine metallische Beschichtung kann in vielen Fällen eine aktive Rolle in der Gesamtfunktionalität des keramischen Systems spielen, beispielsweise als Elektroden, für Sensorik oder für die Verbindungstechnik. Auch extrem kleine Bauteile unter einem Millimeter Größe lassen sich in großen Stückzahlen zuverlässig fertigen.

Durch technische Keramik werden neue Denkansätze ermöglicht, vor allem wenn man die Vorteile der additiven Technologien nutzt und durch intelligente Formgebung mehrere Funktionen in einem Bauteil zu kompletten keramischen Systemen verbindet. Um Material und Fertigungsverfahren optimal zu nutzen, bedarf es viel Erfahrung und Know-how, um die Möglichkeiten und Grenzen der technischen Keramik und des 3D-Drucks richtig zu nutzen. Bosch Advanced Ceramics als Systemlieferant begleitet seine Kunden vom Prototypenbau bis zur Serienfertigung in der bekannt hohen Bosch-Qualität – und das in vielfältigen Anwendungen von IoT über intelligente Fabriksteuerung bis hin zur Steuerung von Rohstoffen und Warenströmen. Mit ihrem LinkedIn Bosch Advances Ceramics Account hält Bosch alle Interessenten auf dem Laufenden.

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