Aussergewöhnliche Kapazitäten in der additiven Fertigung technischer Keramikkomponenten

Ceramaret ist das einzige Unternehmen in Europa, das in der Lage ist, Komponenten aus Aluminiumoxid und Zirkonoxid per Tintenstrahldruck herzustellen.

Gestaltungsfreiheit – nur einer der vielen Vorteile der additiven Fertigung

Unter den Vorteilen der additiven Fertigung sticht zweifellos die Gestaltungsfreiheit am meisten hervor. Und dies aus gutem Grund: Die 3D-Technologie ermöglicht die Herstellung von Keramikteilen mit komplexen Formen und Geometrien, die mit herkömmlichen Fertigungsmethoden nur schwer oder gar nicht zu erreichen sind. Dies öffnet die Tür zu innovativen Designs, die sich für bestimmte Leistungsanforderungen optimieren lassen. Dank der Möglichkeit, auf diese Weise komplexe Monoblockstrukturen herzustellen, entfallen deshalb oft die sonst erforderlichen komplexen Montagearbeiten.

Dies ist einer der offenkundigsten Vorteile, aber bei weitem nicht der einzige. Die additive Fertigung, einschliesslich des 3D-Drucks von Keramik, kann Materialverschwendung minimieren, da das Material gezielt schichtweise hinzugefügt wird und so kein Materialverlust in Kauf genommen werden muss. Dies wirkt sich natürlich auch auf den Preis der produzierten Teile aus. 

Apropos Preis: 3D-Fertigungsprozesse können häufig die Produktionskosten senken, weil keine teuren Formen oder Werkzeuge hergestellt werden müssen. Die Tatsache, dass direkt mit der Produktion begonnen werden kann, ohne auf die Herstellung und Lieferung von Werkzeugen warten zu müssen. 

Die Reaktionsfähigkeit des Verfahrens bietet eine einzigartige Flexibilität für die Herstellung von Bauteilen mit geringen Stückzahlen, aber grosser Designvielfalt. In extremen Fällen können wir auch eine On-Demand-Fertigung in Betracht ziehen, wenn Lagerkosten und Risiken bei der Bestandsverwaltung eine entscheidende Rolle spielen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die 3D-Fertigung in der technischen Keramik erhebliche Vorteile in Bezug auf Flexibilität, Individualisierung, Kosteneinsparungen und Designmöglichkeiten bietet und sie für viele Branchen zu einer Technologie macht, die immer mehr an Wert gewinnt.

Additive Fertigungstechnologien und -materialien von Ceramaret

Die 3D-Fertigung technischer Keramik ist ein in ständiger Entwicklung begriffener Bereich, in dem verschiedene Technologien und Prozesse die Herstellung hochpräziser Keramikkomponenten ermöglichen. Jede Methode und Technik hat Vor- und Nachteile und kann für verschiedene Anwendungen mehr oder weniger gut geeignet sein. Wie so oft gibt es keine Einheitslösung, die für alle Märkte, Anwendungen, Materialien usw. funktioniert.

Bei Ceramaret haben wir uns entschieden, uns auf das Inkjet-Printing (Tintenstrahldrucken) zu konzentrieren. Bei dieser Technik werden mithilfe von Druckern Flüssigkeitströpfchen, die keramische Nanopartikel enthalten, Schicht für Schicht auf eine Oberfläche aufgetragen. Nach jedem Aufbringen wird das Material durch Erhitzen oder einen chemischen Prozess ausgehärtet, bevor eine neue Schicht hinzukommt. Diese Methode ist besonders interessant, da nach dem Drucken kaum Nachbearbeitungsvorgänge erforderlich sind. Sobald die Arbeitsplatte bedruckt ist, werden die Teile in Wasser getaucht, um das Substrat aufzulösen. Danach werden die Komponenten getrocknet. Anschliessend kann der Prozess des Entbinderns beginnen. Dies ist ein entscheidender Schritt für keramische Bauteile: Er dient zum Entfernen der organischen Bindemittelanteile, die sich noch zwischen den keramischen Nanopartikeln befinden. Einer der Vorteile der Inkjet-Technologie besteht darin, dass die Menge an organischem Material in den gedruckten Teilen sehr gering und vergleichbar mit gepressten Produkten ist, was das Entbindern sehr schnell und einfach macht. Die Arbeitsfläche von Tintenstrahldruckmaschinen macht sie zu einem effizienten Produktionswerkzeug, mit dem mehrere tausend Bauteile pro Jahr robust und industriell hergestellt werden können.

Ceramaret ist auch in der Lage, Bauteile im DLP-Druckverfahren (Digital Light Processing) herzustellen. Hierbei wird eine viskose Suspension einer lichtempfindlichen Flüssigkeit, die mit Keramikpartikeln beladen ist, polymerisiert, indem eine Maske auf jeden Querschnitt des Bauteils projiziert wird. Die Hauptvorteile dieses Verfahrens sind die Oberflächenqualität nach dem Sintern sowie die Flexibilität bei der Entwicklung neuer Materialien..

Aussergewöhnliches Wertversprechen bei der additiven Fertigung

Bei Ceramaret legen wir in erster Linie Wert auf die Komplexität des Designs, insbesondere bei Innenstrukturen und Kanälen mit kleinem Durchmesser, sowie in bestimmten Fällen auf das «Rapid Prototyping». Dadurch sind wir in der Lage, den Bedarf unserer Kunden an ZrO2- und Al2O3-Werkstoffen sowie ATZ- und ZTA-Verbundwerkstoffen zu decken. Weitere Materialien sind in Vorbereitung oder in der Entwicklungsphase, insbesondere durch DLP produziertes Siliziumnitrid.

Unseren Kunden stehen zwei Inkjet-Maschinen mit einer Fertigungsplattform von 500 mm x 140 mm und einer Standardgenauigkeit der Bauteile von 50 Mikrometern zur Verfügung. Die Rohoberflächenbeschaffenheit nach dem Sintern beträgt 1,6 Mikrometer mit der Möglichkeit, interne Details bis zu 200 Mikrometer zu erzeugen, also z. B. einen Kanaldurchmesser. Eine Maschine ist für Aluminiumoxid bestimmt, die andere für Zirkonoxid.

Die DLP-Maschine bietet die Möglichkeit, ZTA und Aluminiumoxidkomponenten in kommerzieller Qualität herzustellen. Die Arbeitsfläche für die DLP-Technologie beträgt 102 x 64 mm bei einer Höhe von 400 mm.

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Additive Fertigung, ergänzt durch unsere Fähigkeit zur maschinellen Nachbearbeitung

Die Mass- und Geometriegenauigkeit, die durch die additive Fertigung technischer Keramik erreicht wird, kann abhängig von mehreren Faktoren variieren, etwa dem spezifischen Prozess, den verwendeten Materialien und der Qualität der Ausrüstung. Über die Massgenauigkeit hinaus wird die Oberflächenbeschaffenheit durch den Prozess und das verwendete Material bestimmt. Für unsere Anwendungen können die Spezifikationen hinsichtlich Oberflächenbeschaffenheit, Masshaltigkeit, mechanischer Beständigkeit, Porositätsgrad, Farbe usw. variieren. Wie bei unseren durch Pulverpressen hergestellten Teilen können auch gedruckte Teile nachbearbeitet werden, um beispielsweise eine bestimmte Oberflächenbeschaffenheit oder eine Masstoleranz zu erzielen, die durch einfache Formgebung nicht erreichbar ist.

Ceramaret verfügt über einen umfangreichen Maschinenpark und Kompetenzen zur Ergänzung der additiven Fertigung, die Prozesse wie Polieren, Oberflächenveredelung, CNC-Fräsen, spitzenloses Schleifen usw. umfasst. Diese Möglichkeiten erschliessen ganz neue Dimensionen, die bisher unterreichte Massgenauigkeit und je nach Bedarf eine spezifische Oberflächenbeschaffenheit gewährleisten.

Ihr Projekt ?

Sie möchten Keramikteile herstellen? Lassen Sie sich von unseren Fachleuten beraten. Mit unserer umfassenden technischen Erfahrung unterstützen wir Sie bereits aber der Konzipierungsphase bei der Auswahl des richtigen Materials und bei der Entwicklung von Produkten, die robust, zuverlässig und sicher sind und ausserordentliche Eigenschaften bieten.