An der Slowakischen Technischen Universität ist es Wissenschaftlern gelungen ein neues Keramik-3D-Druck-Material zu entwickeln. Damit wollen die Forscher den 3D-Druck mit Keramik im Bereich der privaten 3D-Drucker-Anwender erschwinglicher machen. Das neu entwickelte Keramikmaterial kann mit handelsüblichen FFF-3D-Druckern selbst im Low-Cost-Bereich additive verarbeitet werden.
Der 3D-Druck von Keramik ist teuer und bedarf teurer Maschinen. Wer Keramikteile mit hochkomplexen internen Merkmalen herstellen wollte, musste sich mit schwieriger Pulverhandhabung auseinandersetzen und mit umfangreicher Nachbearbeitung. Forscher der Slowakischen Technischen Universität wollten das ändern und haben 3D-Druck-Material aus Keramik entwickelt, das mit kostengünstigen FFF-Maschinen eingesetzt werden kann.
Ihre Erkenntnisse veröffentlichten sie im Fachjournal Applied Materials Today in einem Artikel mit dem Titel „Novel composite filament usable in low-cost 3D printers for fabrication of complex ceramic shapes.“
Details zum neuartigen Material
Das Material besteht aus einem PVA-Bindemittel und einer Mullitbasis und kann aus Standard-0,4-mm-Düsen extrudiert werden. Dazu müssen keine zusätzlichen Systemanpassungen vorgenommen werden. Für die Nachbearbeitung bedarf es keiner teuren Spezialöfen, wodurch das Material auch für Hobby-Anwender von Interesse ist. FFF-Systeme sind zudem günstig.
Keramik kann auch mit Polymeren wie ABS und PLA gemischt werden, um neuartige Filamente zu bilden. Es wurden einige Keramik beladenen Zubereitungen entwickelt, die eine Düse mit 600 μm Durchmesser erfordern. Der erreichbare Detaillierungsgrad ist dabei jedoch begrenzt.
Viele experimentelle Ausgangsmaterialien sind 3 mm breit. Sie wären zwar für die industrielle Verwendung ideal, jedoch arbeiten die meisten FFF-3D-Drucker mit 1,75 mm dickem Material. Viele dieser Gemische schrumpfen inkonsistent beim Entbinden, was den 3D-Druck sehr einschränkt.
Die neue Formulierung kombiniert Mullitpulver, aliphatische Säure und ein thermoplastisches Polymer, wodurch ein 1,75 mm dickes Filament entstand, das mit einem 0,4 mm Druckkopf eingesetzt werden kann.
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Ausführliche Tests
Sie testeten das Material, indem sie sowohl 600- als auch 400-µm-Druckköpfe an einem Leapfrog Creatr 3D-Drucker befestigten und damit zylindrische Proben druckten. Muster in Form von Mini-Rechtecken auf den Teilen sollten Druckfehler aufzeigen. Es zeigten sich weder sichtbare Risse noch Düsenblockaden.
Die Testteile wurden unter den in billigen Keramiköfen vorherrschenden Bedingungen entbunden, was zu einer signifikanten Schrumpfung führte. Bei 1400 ° C zeigten sich Größenreduzierungen von bis zu 41,5%. Sie identifizierten einen Sweet Spot zwischen 1250 und 1350 ° C und einen optimierten Parametersatz. Es entstanden Teile, die 17% größer waren als jene mit herkömmlichen Methoden hergestellte.
Sie stellten außerdem fest, dass sie 26-mal weniger Material als Vergleichskeramik benötigten für Teile derselben Geometrie. Das Ausgangsmaterial war somit nicht nur mit günstigeren Systemen kompatibel, sondern war auch effizienter als handelsübliche Produkte.
SmarTech Analysis prognostizierte im Vorjahr ein starkes Umsatzwachstum auf 4,8 Mrd. USD bis 2030 für den 3D-Druck von Keramik.