Baukeramik und mehr Produktion: Hochschule Karlsruhe entwickelt Keramik-3D-Drucker

Gemeinsam mit Studierenden des Fachs Mechatronik entwickelt Prof. Jürgen Walter automatisierte wegweisende und optimierte Keramik-3D-Drucker. Keramische Kunstobjekte lassen sich damit im Dauerbetrieb fertigen. Gestartet wurde das Projekt vor mehr als zwölf Monaten von der staatlichen Majolika Manufaktur Karlsruhe GmbH (Majolika), der Hochschule Karlsruhe – Technik und Wirtschaft (HsKA) und der staatlichen Hochschule für Gestaltung Karlsruhe (HfG).

Ein 3D-Drucker für die Majolika Manufaktur Karlsruhe

Im Vorfeld hatte die Majolika einen speziellen 3D-Drucker mit dem Ziel gekauft, künstlerische Keramik automatisiert additiv herzustellen. Mit zahlreichen Studierenden des Bachelorstudiengangs Mechatronik der Fakultät für Maschinenbau und Mechatronik (MMT) an der Hochschule Karlsruhe wurde laut einer Pressemitteilunder Hochschule Karlsruhe der Majolika-Drucker um unterschiedlichste Features erweitert, Parameteroptimierungen in Testreihen vorgenommen und Softwareprobleme gelöst, damit der 3D-Drucker stabil und automatisiert für Keramikproduktionen eingesetzt werden kann. Kunst und Technik wurden in dem Projekt miteinander verbunden.

Besucher bestaunen 3D-gedruckte Keramikobjekte

Auf der Designmesse Eunique 2018 am Kooperationsstand der HfG, Majolika und der Hochschule Karlsruhe konnte man im Juni die Vasenkollektion von Fabian Schmid bestaunen. Die gedruckten Vasen trafen auf ein positives Feedback bei den Besuchern. Im Rahmen einer umfassenden Projekterweiterung sollen im Human-Information-Technology-Labor (HIT-Labor) der Fakultät MMT drei zusätzliche 3D-Keramik-Drucker basierend auf dem Prototyp der Majolika gebaut werden.

Ziele, die mit dem Keramik-3D-Druck erreicht werden sollen

Die 3D-Keramikdrucker dienen der Forschung, Produktion und der Fertigung von Büsten. Der größte 3D-Drucker mit einer Abmessung von 1,50 x 1,50 x 1,50 Meter wird Büsten herstellen. Zu den herausfordernden Zielen des Projekts gehört die Herstellung von Baukeramik. Es werden zugleich kartesische Delta-Drucker eingesetzt, die mit dem Liquid Deposition Modeling (LDM)-Verfahren arbeiten, um auf Basis der aufbereiteten Tonpaste Keramiken drucken zu können. Der italienische Hersteller WASP stellte im Juni dieses Jahres zwei neue 3D-Drucker vor, die von Künstlern getestet werden und Keramik als Material verarbeiten.

Technische Details zum 3D-Druckverfahren

Aktuell wird mit 70 Grad Celsius gearbeitet, was zur Fertigung einer Vase innerhalb von rund 30 bis 45 Minuten führt. Temperaturen darüber sollen mit den neuen Druckern erprobt werden. Zu hohe Temperaturen verursachen jedoch Risse im Druck und es kann die Düsen verstopfen. Bei einem Druck von 5 atü erfolgt eine Extrudierung der Masse schichtweise durch die rotierende Düse, die über eine Heizung verfügt. Die Temperaturoptimierung und Reduzierung der Schwingungen spielen eine wichtige Rolle. In der Druckkammer und vom Umgebungsraum werden die Temperatur und Luftfeuchtigkeit von Sensoren erfasst.

Zur Erzielung eines dauerhaften Produktionsprozesses wurden einige Funktionen notwendig. Es musste ein Förderband entwickelt werden, welches nach Fertigstellung einer Keramik eine festgelegte Wegstrecke zurücklegt. Vor dem 3D-Druck wird ein CAD-Modell am Rechner erstellt, danach in eine CAM-Software geladen, um das Modell in einen G-Code zur Steuerung von CNC-Maschinen zu übermitteln. Der Original-Majolika-Ton wurde für den keramischen 3D-Druck so verändert, dass er eine optimale Konsistenz zur Extrusion bekam und die Aushärtung des fertigen Formkörpers eine Beschleunigung erfährt. Dank eines Vorratszylinders, der den Ton beinhaltet, wird ein dauerhafter Betrieb des 3D-Keramik-Drucks ermöglicht.

Video zum Keramik-3D-Druck