Das Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) hat eine neuartige additive Fertigungsanlage entwickelt, mit der Bauteile in verschiedenen Materialien herstellen lassen. Basierend auf thermischen Bindersystemen werden mit dem Multi Material Jetting (MMJ)-3D-Druckverfahren Objekte mit verschiedenen Eigenschaften und Funktionen in einem Fertigungsschritt möglich. Wir stellen den Prozess vor.

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Logo Fraunhofer IKTSMit einer neuen Multi Material Jetting (MMJ)-Fertigungsanlage hat das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) eine neue Maschine entwickelt, die die additive Fertigung von Multimaterialbauteilen basierend auf thermoplastischen Bindersystemen ermöglicht. Unterschiedliche Werkstoffe lassen sich so zu einem einzigen additiv gefertigten Bauteil mit kombinierten Eigenschaften und Funktionen herstellen, wie das Fraunhofer IKTS in einer Pressemitteilung erklärt. Forscher des Wyss Institutes an der Harvard University haben im November ein superschnelles „Multimaterial Multinozzle 3D“ 3D-Druckverfahren vorgestellt.

Details zur MMJ-Anlage

„Das Entscheidende ist die individuelle Dosierung der Metall- oder Keramikmassen. Diese Dosierung sorgt dafür, dass das additiv gefertigte Endprodukt während der abschließenden Sinterung im Ofen die gewünschten Eigenschaften und Funktionen wie Festigkeit, thermische und elektrische Leitfähigkeit erhält“, sagt Scheithauer.

MMJ-Anlage vom Fraunhofer IKTS
Mit der MMJ-Anlage lassen sich derzeit vier Stoffe gleichzeitig verarbeiten (Bild © Fraunhofer IKTS).

Derzeit sind es laut Uwe Scheithauer, Wissenschaftler am IKTS, vier Stoffe, die sich gleichzeitig verarbeiten lassen. Die Anlage hilft überall dort, wo Unternehmen hochintegrierte multifunktionale Bauteile mit individuell definierten Eigenschaften herstellen möchten.

Die Fertigung beginnt mit einer homogenen Verteilung der pulverförmigen keramischen oder metallischen Ausgangsmaterialien in einer thermoplastischen Bindersubstanz. Die entstandenen Massen werden in Mikrodosiersysteme (MDS) eingefüllt. Der eigentliche Prozess beginnt mit der in den MDS enthaltenen Massen, die bei circa 100 Grad Celsius aufgeschmolzen und dadurch sehr fein dosierbar werden.

Mit einer speziellen Software kann die exakte Positionierung der Tröpfchen berechnet und computergesteuert richtig abgelegt werden. Das Bauteil entsteht so Punkt für Punkt. Bis zu 60 mm und 1000 Tropfen pro Sekunde sind laut den Entwicklern möglich bei einer Tropfengröße zwischen 300 und 1000 μm. Die Höhe der aufgetragenen Schichten liegt zwischen 100 und 200 μm. Derzeit sind Bauteile mit einer maximalen Größe von 20 x 20 x 18 cm möglich.

Keramisches Satellitentriebwerk

Schematische Darstellung der Mikrodosiersysteme
Die entstandenen Massen werden in Mikrodosiersysteme (MDS) eingefüllt (Bild © Fraunhofer IKTS).

Mit der IKTS-Anlage kann zum Beispiel ein Bauteil wie der Zünder in einem keramischen Satellitentriebwerk realisiert werden. In der Brennkammer herrschen sehr hohe Temperaturen vor. Mit der Anlage lässt sich ein Zünder für das Triebwerk herstellen, der sich direkt integrieren lässt und elektrisch isolierende Bereiche in einem einzigen, sehr robusten Bauteil vereint. Dazu wird ein Dosiersystem für das stützende Supportmaterial benötigt, ein zweites für die elektrisch leitfähige und ein drittes für die elektrisch isolierende Komponente.

Jetzt will das IKTS die Technik für den Industrieeinsatz validieren. Bei den digitalen AM Ceramics meets CERAMITEC Conference am 16. und 17. September 2020 können Interessierte die Maschine kennenlernen.

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