Technische Keramik – Fortschritt für die Industrie

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Die additiven Fertigungstechniken gehören bereits seit einigen Jahren zu den industriellen Produktionsverfahren. Die Zeiten, wo ein 3D-Drucker lediglich als Ausstellungsstück oder Modellierwerkzeug diente, sind definitiv vorbei.

Immer mehr Materialien im Einsatz bei additiver Fertigung

Auch Technologien wie Spritzguss, Extrudieren, Trockenpressen oder Foliengießen haben sich weiterentwickelt. Und deren Potenzial ist lange noch nicht ausgeschöpft.

Bei der Herstellung von Unikaten haben die Fertigungsverfahren, wie 3D-Druck, wesentliche Vorteile. Doch die konventionellen Herstellungstechnologien bieten immer noch viele Möglichkeiten, die für additive Techniken besonders bei der Großserienfertigung schwer zu toppen sind – nicht zuletzt wegen der Eigenschaften von verwendbaren Materialien.

Die subtraktive Fertigung (Abtragen vom Baustoff) verwendet bei der Bearbeitung Baustoffe beinahe jeder Härte. Die additiven Fertigungsverfahren dagegen waren noch vor wenigen Jahren auf Kunststoffe angewiesen.

Peu à peu kamen härtere Materialien zum Einsatz. Ende 2016 sprachen Medien von einem Boom der additiven Metallverarbeitung. Titan, Stahl, Aluminium – alles kann der moderne 3D-Drucker verdauen.

Außerdem wuchs die Anzahl von additiven Produktionstechnologien selbst – teilweise bedingt durch die Einführung von neuen Baustoffen.

Eine dieser Technologien ist LCM (Lithography-based Ceramic Manufacturing) – ein suspensionsbasiertes additives Verfahren für technische Keramik.

Keramik-3D-Druck

Die Wirtschaftlichkeit in der Produktion ist einer der wichtigsten Einflussfaktoren bei der Verwendung der technischen Keramik für 3D-Druck. Natürlich sind auch die physischen Eigenschaften der Keramik gefragt: glatte Oberfläche, hohe Resistenz gegen chemische Substanzen wie Lauge und Säure, Hitzebeständigkeit, hervorragende Elektro-Isolationseigenschaften usw.

Doch besonders bei der Herstellung von Präzisionsbauteilen steht der Kostenfaktor im Focus. Denn dank dieses Verfahrens sind die hochpräzisen kleinen Teile in geringen Losgrößen keine enormen Kosten-Verursacher mehr. Nicht umsonst wird die technische Keramik auch Ingenieurkeramik genannt.

Herrstellung von Ingenieurkeramik
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Beim Lithography-based Ceramic Manufacturing (Lithografie-basierte Keramikherstellung) wird eine flüssige Suspension aus feinem Keramikpulver und einem UV-lichtempfindlichen Monomer Schicht für Schicht aufgetragen und jedes Mal mit einem UV-Laser bestrahlt. Infolge dieser Bestrahlung härtet das aufgebaute Material bis zu einem bestimmten Grad und wird dann für die mehrstufige thermische Behandlung weitergegeben. Dabei werden die Teile Temperaturen bis zu 1.600 °C unterworfen. Infolgedessen verbrennt das Monomer. Es bleibt ein poröses keramisches Bauteil. In einem Sintervorgang wird es schließlich verdichtet und ist nun fertig.

Kostenersparnis

Warum ist dieses Verfahren so günstig im Vergleich zu konventionellen Fertigungsmethoden? In erster Linie sind dafür zwei Gründe zu nennen:

  1. keine bauteilspezifischen Werkzeuge
  2. geringer Materialeinsatz

Baumaterial: sinterfähige Keramikpulver

Es gibt eine ganze Reihe von für die Produktion der technischen Keramik geeigneten Werkstoffen:

  • Aluminiumoxid (Al2O3)
  • Aluminiumtitanat (Al2TiO5)
  • Aluminiumnitrid (AlN)
  • Misch-/Dispersionskeramik
  • Metall-Keramik-Verbund
  • Piezokeramik
  • PERLUCOR®
  • Silikatkeramik
  • Siliziumnitrid (Si3N4)
  • SiAlONe
  • Siliciumcarbid (SiSiC / SSiC)
  • Zirkonoxid (ZrO2)

Viele Produktionsunternehmen, wie die Steinbach AG, setzen auf Aluminiumoxid (Al2O3) oder Zirkonoxid (ZrO2). Diese Werkstoffe punkten mit stahlähnlichen Eigenschaften und einer großen Zähigkeit. Mehr Informationen über diese Materialien und deren Anwendung finden Sie in der Rubrik „Material und Know-how“ auf der Webseite des Unternehmens.

Anwendungsgebiete der Industriekeramik

Die Industriekeramik (technische Keramik) findet man fast überall: in der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, in der chemischen Industrie, Medizintechnik, Solartechnik, Mikroelektronik etc.

Nicht nur die Industrie nutzt die Vorteile der Industriekeramik. Auch in unserem Haushalt fehlt es nicht an Produkten dieser Technologie. Elektrische Haushaltsgeräte wie zum Beispiel, Wasserfilter und viele andere Komponenten werden aus Industriekeramik gefertigt.

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