Keramik 3d drucken

Keramik drucken mit Einsatz der DLP-Technologie. Formatec untersuchte und baute einen Keramik-3D Drucker. Dieser Drucker wurde im Dezember 2012, auf dem CIM Seminar bei Formatec in Goirle präsentiert.

Hintergrund
Additive manufacturing oder 3D-Drucken ist ein Sammelbegriff für Technologien, die sich derzeit stark entwickeln. Viele Materialien sind durch eine Vielzahl von Techniken geformt. Im August 2012 stellten Analysten von Gartner Drucken an die Spitze der jährlichen hype curve.

Im September 2012 hat Formatec mit einer umfassenden und gründlichen Untersuchung nach dem Mehrwert von additive manufacturing Technologie als Ergänzung der bestehenden Prozesse begonnen. Schnell wurde ersichtlich, dass diese Technologie für das Formen von Keramik diverse Vorteile hatte. Zugleich wurde deutlich, dass die Digital Light Processing (DLP) Technik am besten für das Formen von Keramischen Teilen wäre. Dieser hohe Auflösungsprozess sorgt für bessere Oberflächen als Lasertechnologie mit Pulver. Auch ist die zu erreichende Produkttoleranz mit dem DLP-Prozess besser als mit Pulver-Lasertechnologie.

Der Formatec DLP printer

Der Formatec DLP 3D Drucker

Prozess
Das CAD-Modell des Produkts wird durch spezielle Software in Schichten aufgeteilt. Diese Schichten werden dann durch den DLP-Chip auf der Unterseite des Reservoirs projektiert. Das Reservoir enthält ein pH-Fotopolymer, der mit Keramikpulver gefüllt ist. Während der Projektion wird pH-Fotopolymer aktiviert und härtet die Kunststoff-Keramikkombination aus. Sobald dies geschehen ist, bewegt sich die Z-Achse nach oben und startet die Beleuchtung der nächsten Schicht. Wenn alle Schichten fertig sind, ist das Produkt aus einer Kombination von Kunststoff und Keramik aufgebaut, vergleichbar mit einem „grünen“ spritzgegossenen Produkt. Alle, für Formatec, üblichen Prozessschritte sowie Entbinden und Sintern müssen dann noch ausgeführt werden, um zu einem voll funktionsfähigen keramischen Produkt zu gelangen.

Der Formatec DLP Drucker
Der Formatec DLP Drucker wurde für die Produktion kleiner hochpräziser Teile entwickelt;

 Einheit  Wert
 Resolution  um  40
 Schichtdicke  um  25 – 100
 Geschwindigkeit  mm/h  2.5
 DLP Chip   pixels  1980 x 1080
 Bauplattform  mm  76 x 43

Anwendungen

Diese Technologie wird drei Anwendungsbereiche finden;

Prototypen
Die Herstellung keramischer Prototypen ist sehr teuer und erstreckt sich im Allgemeinen über einen Zeitraum von Wochen. Mit dem Einsatz der DLP-Technologie kann ein einzelnes Produkt mit einer kurzen Lieferzeit hergestellt werden.

Darüber hinaus kann auf teure Bearbeitungen, wie die Herstellung einer Spritzgussform und/oder Schleifen von Keramik verzichtet werden. Oft werden Prototypen in der Entwurfsphase von einem Produkt angefertigt. In dieser Phase ist das Design für Änderungen sehr anfällig. Mit Verwendung der Druck-Technologie gibt es keine Änderungskosten, ein zweiter Prototyp kann also ganz anders aussehen.

Kleine Serienfertigung
Das Drucken von Keramik mit der DLP-Technologie wird seinen Einsatz in Serie finden, die größer als die üblichen Schleifserien und kleiner als die typischen Anzahlen für Spritzgießen von Keramik sind. Es ist zu erwarten, dass die Teile, die in diese Kategorie fallen, kleine Abmessungen, enge Toleranzen und eine komplexe Form haben werden.

Serienfertigung
Die Serienfertigung wird angewendet, wenn keine andere Technologie in der Lage ist, das Produkt mit der vorhandenen Technologie zu fertigen. Unterschnitt, komplex geformte Kühlkanäle, dünne Wände, schaumartige Strukturen, sind nur einige Beispiele von Formen, die nur mit DLP-Druck-Technologie hergestellt werden kann. Bei der Anwendung dieser Formen steht nur die DLP-Technologie zur Verfügung und somit wird diese Technik für die Serienfertigung eingesetzt.

Vor- und Nachteile

 Vorteile
 Nachteile
 Keine Gussformkosten  Begrenzte Produktdicke +/- 2.5mm
 Serienfertigung für komplexe Teile  Relativ langsamer Produktionsprozess
 Prototypen mit funktionellen keramischen Eigenschaften  Begrenzte Material Verfügbarkeit
 Sehr hohe Formgestaltungsfreiheit  Je nach Ausführung muss ’support‘ angewendet werden
 Keine Kosten für Änderung des Designs
 Große Präzision, durch große Resolution
 Kurze Durchlaufzeiten

Blick in die Zukunft
Entwurf, Konstruktion, Mechanisierung und Produktion eines DLP-Keramik 3D Drucker sind die ersten Schritte auf dem Gebiet der Drucktechnik von Formatec. Für die kommenden Monate hat Formatec sich zu einem ehrgeizigen Entwicklungsprogramm mit klaren Zielen verpflichtet. Unter anderem Materialverfügbarkeit, Materialcharakterisierung und die Lieferung der ersten kommerziellen Produkte, stehen auf der Liste der Ziele.

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