Kundenspezifische Materialentwicklung von Hochleistungskeramiken

Durch die Möglichkeit, Hochleistungskeramik additiv fertigen zu können, eröffnet sich ein breites Spektrum an Applikationen für unterschiedliche Anwendungsgebiete. Hochleistungskeramiken findet man heute im Maschinenbau, in der Elektrotechnik, der Medizintechnik bis hin zur Luft- und Raumfahrtindustrie. Die Einsatzgebiete von technischer Keramik sind dabei so vielfältig wie das Spektrum der unterschiedlichen Keramiken, die dafür verwendet werden. Um den Einsatz von additiven Fertigungssystemen für ein breiteres Applikationsspektrum zu erschließen, werden nun neue Keramikmaterialien und kundenspezifische Materialentwicklungen angeboten.

Der CeraFab 7500, das additive Fertigungssystem von Lithoz.

Der CeraFab 7500, das additive Fertigungssystem von Lithoz.

Dr. Johannes Homa
Geschäftsführer Lithoz

„Lithoz bietet neben dem Verkauf von Standardmaterialien auch die Entwicklung von kundenspezifischen, keramischen Materialien an. Das besondere dabei ist, das nicht das keramische Pulver an den Prozess, sondern der Prozess an das Pulver angepasst wird.“

Obwohl mittlerweile eine Reihe von Standardmaterialien (z. B. Aluminiumoxid, Zirconiumoxid usw.) für die generative Fertigung verfügbar sind, besteht ein wachsender Bedarf an kundenspezifischen Materialentwicklungen. Ursache für diesen Trend ist, dass in der Keramikindustrie viele Unternehmen ihre Prozesse auf bestimmte Pulverqualitäten abgestimmt haben oder in ihrem Produktionsprozess technische Keramiken verwenden, die bislang für die Additive Fertigung noch nicht verfügbar sind. Viele Unternehmen haben zudem den Wunsch, ihre eigenen Materialen zu verwenden, da es bspw. in der Prototypenproduktion besonders wichtig ist, die gleichen Materialeigenschaften wie in der Serienproduktion zu erreichen.

Lithoz, ein Systemanbieter für additive Fertigungssysteme, hat diesen Trend erkannt und bietet seinen Kunden maßgeschneiderte keramische Materialien. „Das besondere dabei ist, das nicht das keramische Pulver an den Prozess, sondern der Prozess an das Pulver angepasst wird. Dadurch wird es möglich, kundenindividuelle Pulver zu verarbeiten ohne diese zu verändern“, erklärt Dr. Johannes Homa, Geschäftsführer von Lithoz. Im Rahmen von Machbarkeitsstudien führt Lithoz dabei die notwendigen Adaptierungen des LCM-Prozesses und der organischen Binderkomponente durch.

Knochenschrauben aus Tricalciumphosphat, die mittels LCM-Verfahren hergestellt wurden.

Knochenschrauben aus Tricalciumphosphat, die mittels LCM-Verfahren hergestellt wurden.

LCM-Verfahren

Die von Lithoz entwickelte LCM (Lithography-based Ceramic Manufacturing)-Technologie basiert auf dem Prinzip der Photopolymerisation. Das keramische Pulver wird in einer lichtsensitiven, organischen Matrix dispergiert und durch Maskenbelichtung selektiv strukturiert. Der Aufbau des CeraFab-Systems umfasst eine Wanne, die mit diesem lichtaushärtenden Schlicker gefüllt wird. In Kombination mit einer statischen Rakel wird durch eine Drehbewegung eine Schicht Schlicker appliziert. Der Boden der Wanne ist transparent, sodass der Schlicker von unten belichtet werden kann. Lithoz verwendet dazu ein speziell entwickeltes Projektionssystem, bei dem die Light-Engine mit einer eigens entwickelten Optik genau aufeinander abgestimmt ist.

Schematische Darstellung des LCM-Prozesses von Lithoz.

Schematische Darstellung des LCM-Prozesses von Lithoz.

Möglichkeiten – Grenzen

Durch langjährige Erfahrung in Forschung und Entwicklung verfügt Lithoz über eine hohe Materialkompetenz für Glaskeramik und Oxide. Das Verfahren eignet sich zudem auch für die Verarbeitung von hochviskosen Photopolymeren. „Unser Verfahren bietet sich grundsätzlich zur Verarbeitung aller pulverförmigen Materialien an. Durch diesen Ansatz ist es uns in den vergangenen Jahren gelungen, ein breites Spektrum an kundenspezifischen Werkstoffen über die LCM-Route zu verarbeiten. Hierbei muss jedoch auch darauf geachtet werden, dass es bei bestimmten Pulvern Einschränkungen gibt“, erläutert Dr. Johannes Homa. Dies trifft vor allem auf sehr dunkle oder schwarze Pulver zu. Aufgrund der lichtbasierten Technologie lässt sich bei diesen nur sehr schwierig eine ausreichende Härte erzielen, da das Licht durch das Pulver selbst absorbiert wird.

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