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Ein Forscherteam der Western University (Kanada) und der Universität Trient (Italien) hat eine neue, kostengünstige Methode für den 3D-Druck von vollständig dichten Keramikstrukturen entwickelt.
Das Team nutzt für die Methode einen erschwinglichen Desktop-3D-Drucker, der auf ein FFF-Verfahren setzt. Als Material wird Polymer-Derived Ceramics (PDCs) verwendet. Nach dem Druck wird das Objekt in einen Ofen gebrannt, um hochauflösende keramische Teile zu erhalten.
Bisher ist es so, dass der 3D-Druck von Keramik mit teuren Verfahren realisiert wird. So werden derzeit überwiegend Stereolithographie, Binder-Jetting und teilweise Pulverbettfusion-Techniken für die Verarbeitung eingesetzt. Das ist mit hohen Einstiegskosten verbunden und auch das Material ist oft kostspielig. Durch dieses Verfahren erhofft sich das Team die Einstiegshürden zu senken und somit den Einsatz von 3D-gedruckter Keramik zu erhöhen.
PDCs bieten eine kostengünstige Alternative zum keramischen 3D-Druck. Diese Materialien können in ihrer leichter zu verarbeitenden Polymerform gedruckt werden, bevor sie in einem Nachbearbeitungsschritt fertiggestellt werden. Laut dem wissenschaftlichen Team mangelt es jedoch noch an Forschung, wenn es um die Integration des FFF-3D-Drucks mit PDCs geht.
Die Wissenschaftler imprägnierten daher Filamente auf der Basis von thermoplastischem Polyurethan (TPU) mit einem präkeramischen Polymer (Polysilazan). Das so imprägnierte Material wurde dann für den 3D-Druck einer Reihe von zellulären Strukturen verwendet, die pyrolysiert wurden, um vollständig dichtes SiOC(N) – das endgültige Keramikmaterial – herzustellen.
Die gedruckten keramischen Strukturen konnten Temperaturen von bis zu 1500 °C standhalten und wurden mit einem Desktop-Lulzbot 3D-Drucker aus leicht verfügbaren Materialien hergestellt. Die Forscher berechneten, dass sie diese komplexen keramischen Strukturen für weniger als 5 % der Kosten vergleichbarer Methoden 3D-drucken konnten.
Details zu der Arbeit kann man in dem Paper mit dem Titel “SiOC(N) Cellular Structures with Dense Struts by Integrating Fused Filament Fabrication 3D Printing with Polymer-Derived Ceramics” nachlesen.
