Neue Verfahren zur additiven Fertigung von Keramiken

Am Fraunhofer-Zentrum HTL werden neue Verfahren zur Additiven Fertigung entwickelt und bestehende Verfahren verbessert. Ziel dieser Entwicklungen ist, den Stand der Technik zu erweitern und anschließend die Verfahren für die industrielle Bauteilfertigung zu qualifizieren. Anhand der Markt- und Kundenanforderungen wird der künftige Entwicklungsbedarf für neue Verfahren zur Additiven Fertigung abgeleitet. Daraus werden Konzepte für eine verfahrenstechnische Umsetzung erarbeitet und mit dem Kunden abgestimmt. Anschließend können prototypische Anlagen für die Additive Fertigung gemäß den Kundenwünschen gebaut werden.

Die Anforderungen an neue Verfahren der Additiven Fertigung umfassen unter anderem hohe Gründichten, die In-situ-Kontrolle beim Druckprozess, die Skalierbarkeit der Verfahren und die Möglichkeit zum 3D-Multimaterialdruck. Gleichzeitig müssen die Verfahren wirtschaftlich umsetzbar sein.

Schlickerbasierter 3D-Multimaterialdruck

Eine aktuelle Entwicklung beschäftigt sich mit dem schlickerbasierten 3D-Multimaterialdruck (Free Flow Structuring). Das Verfahren kombiniert gezielt bestehende Technologien der Additiven Fertigung, um Bauteile mit hoher Qualität aus mehreren Materialien in einem Druckauftrag fertigen zu können. Im Hinblick auf eine spätere, industrielle Serienfertigung ist das Verfahren so konzeptioniert, dass auch Bauteile mit großen Dimensionen gefertigt werden können. Parallel zur Verfahrensentwicklung wird der dazugehörige Anlagenprototyp gebaut.

Elektrophoretische Mikrofluidik

Eine weitere Entwicklung beschäftigt sich mit der Additiven Fertigung basierend auf elektrophoretischer Mikrofluidik (Publikation: Usability of Electrophoretic Deposition). Im Unterschied zu anderen Verfahren der elektrophoretischen Abscheidung werden die Partikel nur dort zur Verfügung gestellt, wo sie zum Aufbau des Bauteils benötigt werden. Mit dem Verfahren können hohe Gründichten und sehr homogene Mikrostrukturen erreicht werden, was eine Grundvoraussetzung für eine hohe Qualität der gedruckten Bauteile ist. Das Verfahren bietet gleichzeitig die Möglichkeit zum 3D-Multimaterialdruck mit hohen Auflösungen. Durch eine Parallelisierung vieler Arrays kann die Produktivität des Verfahrens signifikant gesteigert werden.

Qualitätsmanagement

Gerade beim 3D-Multimaterialdruck spielt das Qualitätsmanagement eine wichtige Rolle, da die Verfahren anfälliger für den Eintrag von Defekten sind. So müssen beispielsweise die Grenzflächen zwischen zwei Materialtypen gut kontrolliert werden, um Delaminationen zu vermeiden. Eine besondere Herausforderung besteht in der Thermoprozessierung der Bauteile, da die verschiedenen Materialien im Normalfall unterschiedliche Anforderungen an Trocknung, Entbinderung und Sinterung stellen. An dieser Stelle stellt der Einsatz von FE-Simulationen in Kombination mit In-situ-Messmethoden einen effektiven Ansatz zur gezielten Optimierung der Wärmeprozesse dar.