Werkstoff Keramik in der Additiven Fertigung

Technische Keramik bietet Vorteile. Doch ist sie mit konventionellen Verfahren nicht so einfach zu verarbeiten. Die Additive Fertigung eröffnet neue Möglichkeiten.

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Kunststoffe und viele Metalle sind in den konventionellen Verfahren leichter zu verarbeiten als Keramik. Keramik bricht leicht und ist als Grünling sehr weich. Aber seine Eigenschaften sprechen für einen vermehrten Einsatz im industriellen Umfeld. 3D-Druck erweitert die Möglichkeiten für technische Keramik, denn mit den additiven Verfahren sind nun filigrane Details, feine Geometrien und Hohlstrukturen möglich.

Die meist verwendeten Keramiken in der Additiven Fertigung sind Zirkonoxid und Aluminiumoxid. Letzteres hat gute isolierende Eigenschaften und eignet sich daher besonders für Anwendungen mit Elektronik und in der Elektrotechnik. Das verschleißarme, biokompatible Zirkonoxid mit einer Wärmeausdehnung ähnlich der von Stahl bietet sich für industrielle und medizintechnische Anwendungen an. Keramiken aus den Familien der Karbide und Nitride eignen sich zudem, wenn Feuerfestigkeit erforderlich ist.

Je nach additivem Verfahren werden die Keramiken als Filament, Pulver oder Harz verarbeitet. Für technische Keramiken können Anwender zwischen den Verfahren Stereolithografie (SLA), Digital Light Processing (DLP), Materialextrusion, Binder Jetting und Nano Particel Jetting (NPJ) wählen. Bei allen wird das Bauteil nach dem Druck gesintert, um die Keramik zu härten. Sintern bedeutet auch Schrumpfen. Da meistens mit einem Bindemittel gearbeitet wird, erreicht die Schwindung 20 Prozent. Das muss bei der Konstruktion mit eingerechnet werden.

Leider ist gängige Konstruktionssoftware noch nicht auf auf den Werkstoff ausgelegt. Anwendern sollte also bewusst sein, dass sie sich derzeit auf ein Trial-&-Error-Spiel einlassen.

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