Montanuniversotät Leoben: Neues 3D-Drucksystem für Hybridmaterialien

Als erste österreichische Hochschule verfügt die Montanuniversität Leoben ab sofort über einen 3D-Drucker für Hybridmaterialien. Das im Inland produzierte Gerät CeraFab 7500 (Firma Lithoz GmbH) ermöglicht die Fertigung von komplexen, stabilen und hochauflösenden 3D-Objekten aus verschiedenen Werkstoffen. Gedruckt werden können unterschiedliche Keramiken ebenso wie gefüllte und ungefüllte Polymere sowie hochviskose Formulierungen generell, wodurch der Einsatz in anderen Bereichen (z.B. Metall bzw. Werkstoffkombinationen) möglich ist.

Die Neuanschaffung entspringt einer Forschungskooperation der beiden Leobener Departments für Werkstoffwissenschaft und Kunststofftechnik im Bereich des Designs, der Herstellung und der Charakterisierung von neuen Materialien mit verbesserten Struktur- und Funktionseigenschaften. Gemeinsam arbeitete man bereits bei verschiedenen Projekten mit der Firma Lithoz zusammen. Das 2011 in Wien gegründete Unternehmen ist Weltmarkt- und Technologieführer für 3D-Drucker, Materialien und Lösungen für die industrielle Produktion von Hochleistungs- und bioresorbierbaren Keramiken.

Unterschiedliche Werkstoff-Kombinationen möglich

„Neue Funktionalitäten erfordern meist die Kombination von verschiedenen Werkstoffen bzw. Materialklassen wie z. B. Metall, Polymer oder Keramik, welche aufgrund ihrer unterschiedlichen thermo-physikalischen Eigenschaften sehr schwierig zusammen verarbeitet werden können. Insbesondere die Realisierung von Bauteilen mit komplexen Geometrien stellt eine große Herausforderung dar“, erklärt Univ.-Prof. Dr. Raul Bermejo Moratinos vom Lehrstuhl für Struktur- und Funktionskeramik. „Erst die Entwicklung von sogenannten additiven Fertigungsverfahren ermöglicht die Verarbeitung von unterschiedlichen Werkstoff-Kombinationen zur Herstellung komplexer Bauteile.“
Die Forschung in Leoben soll dazu beitragen, Designrichtlinien in Bezug auf Strukturund Funktionseigenschaften für künftige 3D-gefertigten Materialien zu entwickeln.

„Konkrete Beispiele dafür sind Hochleistungskeramiken für die Biomedizin wie z. B. Zahnimplantate oder Hüftgelenke, 3D-Architekturen mit eingestellten Funktionseigenschaften wie beispielswiese Dielektrika bzw. Piezoelektrika für die Mikroelektronik, Kühlkörper für die Elektronikindustrie oder auch gefüllte Photopolymere für die additive Fertigung von Brillengestellen oder Zahnersatzmaterialien“, führt
Assoz.Prof. Dr. Thomas Grießer vom Lehrstuhl für Chemie der Kunststoffe an.

Der 3D-Druck-Prozess

Das eingesetzte Verfahren basiert auf der Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM)-Technologie. Ausgehend von einem CAD-Modell ist der erste Schritt des Prozesses die Arbeitsvorbereitung und -optimierung. Die Informationen für das Bauteil werden direkt vom Computer digital auf das CeraFab-System übertragen. Die mit Keramikpartikeln gemischte Flüssigkeit (der sogenannte Schlicker) wird automatisch dosiert und auf eine transparente Wanne aufgetragen. Die bewegliche Bauplattform wird in den Schlicker getaucht, dieser wird dann selektiv sichtbarem Licht von unterhalb der Wanne ausgesetzt und ausgehärtet. Das Schichtbild wird über eine digitale MikrospiegelVorrichtung (DMD) in Verbindung mit einem hochmodernen Projektionssystem erzeugt.

Durch die Wiederholung dieses Prozesses kann ein dreidimensionales „Grünteil“ Schicht für Schicht erzeugt werden. Beim Ausheizen wird das Bindemittel entfernt und danach werden die Bauteile gesintert, wodurch vollständig dichte Keramikbauteile entstehen. Ziel ist die Realisierung sogenannter „digitaler Materialien“ bzw. „digitaler Bauteile“, wobei Eigenschaften wie z. B. Farbe und mechanische Festigkeit dreidimensional und selektiv innerhalb des Bauteils modifiziert werden können.