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Additive Fertigung Multimaterial-Bauteile aus dem 3D-Drucker

Quelle: KIT 2 min Lesedauer

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Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
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Ein Forschungsteam am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat im Projekt CeraMMAM ein Materialsystem entwickelt, mit dem sich Hochleistungskomponenten aus mehreren Materialien mithilfe eines universellen Bindersystems in einem einzigen Prozess herstellen lassen. 

Mit CeraMMAM lassen sich Hochleistungskomponenten aus verschiedenen Materialien in einem einzigen Prozess herstellen.(Bild: Breig, KIT)
Mit CeraMMAM lassen sich Hochleistungskomponenten aus verschiedenen Materialien in einem einzigen Prozess herstellen.
(Bild: Breig, KIT)

Additive Fertigungsverfahren erlauben es, komplexe Bauteile schichtweise herzustellen. Bislang ließen sich dabei jedoch meist nur sortenreine Materialien wie Metall oder Keramik verarbeiten. Im Projekt CeraMMAM (steht für: Ceramic Multi Material Additive Manufacturing) haben die Forschenden am wbk Institut für Produktionstechnik des KIT ein universelles Bindersystem entwickelt. Damit lassen sich verschiedene keramische Materialien kombinieren und Keramik-Metall-Verbindungen herstellen.

Multimaterial-3D-Druck ermöglicht neue Design- und Funktionskonzepte

Die Technologie basiert auf dem 3D-Druckverfahren der badbasierten Photopolymerisation. Dabei entstehen Bauteile schichtweise aus einem lichtempfindlichen Ausgangsmaterial, das Keramik- oder Metallpartikel enthält. Das Material wird gezielt mit einer bestimmten Wellenlänge belichtet, wodurch es lokal polymerisiert und aushärtet. Das speziell entwickelte Bindersystem sorgt dafür, dass sich unterschiedliche Materialien innerhalb eines einzigen Druckprozesses stabil verbinden. Das vereinfacht die Herstellung erheblich. Nach dem Druck wird der Binder, bestehend aus flüssigen Polymeren, funktionalen Additiven und einem Photoinitiatorsystem, wieder entfernt.
„Mithilfe unseres universellen Binders können wir multimateriale Bauteile herstellen, die neuartige und teilweise auch widersprüchliche Materialeigenschaften kombinieren“, erklärt Chantal-Liv Lehmann vom wbk. „Das ermöglicht völlig neue, bisher nicht realisierbare Designmöglichkeiten und Funktionskonzepte. So können wir beispielsweise Komponenten wie keramische Zahnräder fertigen, die im Inneren flexibel und an der Oberfläche besonders hart sind.“ Außerdem können mit dem Verfahren filigrane und komplexe Strukturen präzise abgebildet werden. Besonders in der Keramikverarbeitung stellt dies einen technologischen Meilenstein dar.

Kombination von Keramik und Metall

Aktuell arbeiten die Forschenden daran, die Technologie weiter auszubauen, um künftig auch Kombinationen aus Keramik und Metall zu ermöglichen. Besonders vielversprechend ist dabei die Verbindung von elektrisch isolierenden Keramiken mit leitfähigen Metallstrukturen. Mögliche Einsatzfelder könnten von der Leistungselektronik über 5G-, 6G- und Hochfrequenztechnologien bis hin zu miniaturisierten Sensoren für mit dem Internet vernetzte Geräte und das autonome Fahren reichen.
Vom 20. bis 24. April 2026 präsentieren die Forschenden auf der Hannover Messe am Stand des KIT (Halle 11 am Stand B06) erstmals industrielle Prototypen und Demonstratoren sowie die Einsatzmöglichkeiten der additiven Multimaterial-Fertigung.

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