Ein Wissenschaftlerteam der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) hat ein neues 3D-Pulverdruckverfahren entwickelt, mit dem feine Keramikstrukturen faltenfrei ohne scharfe Kanten und Poren hergestellt werden können. Auch ein namhafter deutscher 3D-Drucker-Hersteller hat sich an dem Projekt beteiligt.

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Bei dem Verfahren kamen präkeramische Polymere zum Einsatz, die aufgrund ihrer speziellen Eigenschaften in Keramik umgewandelt werden können. Die Polymere lassen sich plastisch verformen, vernetzen, schmelzen oder in zahlreichen Lösungsmitteln auflösen. Auf diese Weise können Formgebungsprobleme bei der Keramikherstellung umgangen werden.

Wie Professor Dr. Jens Günster, Leiter des Fachbereiches 5.4 Keramische Prozesstechnik und Biowerkstoffe an der BAM, in einer Pressemitteilung des BAM berichtet, würde man ein preiswertes kommerzielles Pulver verwenden, welches in industriellen Prozessen und der Kosmetikherstellung eingesetzt wird. Das Pulver wird schichtweise aufgebracht und lokal mit einem Lösungsmittel verklebt. Das Lösungsmittel wird per Druckkopf auf die Schichten gedruckt. Im Anschluss wird das geformte Polymer unter Ausschluss von Sauerstoff bei einer Temperatur von mehr als 1200 Grad Celsius verbrannt, wodurch eine Keramik aus glasigem Siliciumoxycarbid (SiOC) entsteht. Mit einem „Vernetzer“ wurde verhindert, dass das Polymer während des Brennprozesses schmilzt.

Zange mit heißem 3D-Objekt
Faltenfreie Keramik aus dem 3D-Drucker (Bild: © BAM).

Für den 3D-Druck wird mit zwei Druckköpfen gearbeitet, wobei der erste das Lösungsmittel und Vernetzer aufträgt, während sich im zweiten Druckknopf reines Lösungsmittel befindet. In einem Vorgang wird dabei mit den beiden Flüssigkeiten das Skelett einer Struktur und seine Hülle hergestellt. Die fertige Keramik hat keine Poren, keine scharfen Kanten und besitzt eine glatte Oberfläche. Das 3D-Pulverdruckverfahren wurde von der BAM in Zusammenarbeit mit dem 3D-Druckerhersteller Voxeljet AG entwickelt.

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