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In der Studie “Hybridization of Materials and Processes by Additive Manufacturing” werden zwei neue Verfahren des Fraunhofer Institut IKTS in Dresden vorgestellt, die sich mit 3D-Keramikdruck beschäftigen. Hierbei soll Keramik mit unterschiedlicher Farbe und Porenstruktur gedruckt werden können. Ebenfalls kann sogar Edelstahl mit in die Keramik integriert werden.
In den Anfängen der additiven Fertigung konnten Bauteile meist nur aus Kunststoff hergestellt werden, mittlerweile können bei der Produktion Materialien kombiniert werden. Ein neuer Schritt der Forscher ist nun Keramik mit einem FFF Verfahren zu drucken und unterschiedliche andere Materialien damit zu kombinieren. Das Forschungsteam der verwendet dafür zwei unterschiedliche Methoden.
Bei der ersten Methode wird ein FDM 3D-Drucker mit zwei Druckköpfen verwendet, auf die eine Seite wird ein Zirkonoxidfilament eingeführt und der andere Kopf wird mit einem 17-4PH-Edelstahlfilamet beladen. Für beide Druckköpfe wurde die selbe Temperatur verwendet. Es wurde ein Quader gedruckt, bei dem sich die unterschiedlichen Materialien alle zwei oder drei Schichten abgewechselt haben. Nach dem Sintern waren die Schichten verbunden und es entstand ein solides Modell.
Viele Vorteile durch neue Methode für den 3D-Keramikdruck
Das zweite Verfahren mit dem Namen “Thermoplastic 3D-Printing” verwendete ein Thermoplast in Kombination mit einem keramischen Material. Der Thermoplast wird tröpfchenweise mit der Keramik kombiniert um das Modell aufzubauen. Nach dem Druck wurde es ebenfalls gesintert. Die zweite Methode bietet viele Vorteile, so können nahezu alle Pulvermaterialien verwendet werden, weil die Verfestigung der Tröpfchen aufgrund der erhöhten Viskosität ab abkühlen entsteht. Um mehrere Materialien zu kombinieren müssen nur dementsprechen viele Druckköpfe verwendet werden. Durch Verwendung eines thermoplastischen Binders können gleichzeitig Stützstrukturen aufgebaut werden. Es können voll keramische Bauteile gedruckt werden, mit einer hohen Dichte. Durch Verwendung von kleinen Tröpfchen kann die Genauigkeit verbessert werden und dies Verfahren bietet noch weitere Vorteile.
“The binder system and a dispersing agent were heated up to 100 °C and homogenized for 30 min in a heatable dissolver,” the researchers explain. “Then powder and if necessary pore forming agents (PFA) like polysaccharide were added and the suspensions were homogenized by stirring for 2 h at 100 °C.”
Beide Methoden, das FFF und das thermoplastische Verfahren, ermöglichen es den Forschern keramische Bauteile mit unterschiedlichen Eigenschaften herzustellen.
