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Additive Fertigungssysteme für Keramik

Komplettlösung aus einer Hand

Lithoz bietet der Industrie und Forschung additive Fertigungssysteme für die Herstellung von Hochleistungskeramiken. Die einzelnen Systemkomponenten sind optimal aufeinander abgestimmt und gewährleisten die Herstellung von hochwertigen Bauteilen aus Hochleistungskeramik direkt aus den entsprechenden CAD-Daten. Das Produktportfolio von Lithoz umfasst zudem unterschiedliche für den 3D-Druck optimierte keramische Materialien, Softwareprodukte sowie kundenspezifische Lösungen für komplexe Herausforderungen.

CeraFab 7500 & 8500

Die CeraFab-Systeme von Lithoz sind zuverlässige und benutzerfreundliche Netzwerk-Drucker, die im Stand-alone-Betrieb arbeiten. Sie ermöglichen die Fertigung von Hochleistungskeramik mit Materialeigenschaften wie in der konventionellen Fertigung. Durch den werkzeuglosen Produktionsprozess mit sehr geringem Materialverbrauch können erstmals auch Prototypen und Kleinserien aus Hochleistungskeramik wirtschaftlich gefertigt werden.

Hohe Bauteilqualität

Die mit der LCM-Technologie gefertigten Bauteile weisen ähnliche bzw. gleiche Materialeigenschaften wie herkömmlich gefertigte Bauteile auf. Die hergestellten Aluminiumoxidteile zeigen beispielsweise Werte von über 99,4 % der theoretischen Dichte (>3,96 g/cm3) und eine 4-Punkt-Biegefestigkeit von 430 MPa. Bei den Bauteilen aus Zirkonoxid wird eine Dichte von 99,6 % der Theorie mit einer Festigkeit von 650 MPa erzielt. Die gefertigten Bauteile weisen zudem eine hervorragende Oberflächenqualität (Aluminiumoxid: Ra ≈0,4 µm, Zirkoniumoxid Ra ≈0,6 µm) ohne Nachbearbeitung auf.

FUNKTIONSPRINZIP DER CERAFAB-SYSTEME

Die von Lithoz entwickelte LCM (Lithography-based Additive Manufacturing)-Technologie basiert auf dem Prinzip der Photopolymerisation. Das keramische Pulver wird in einer lichtsensitiven organischen Matrix dispergiert und durch Maskenbelichtung selektiv strukturiert.

Der Aufbau des CeraFab-Systems umfasst eine Wanne, die mit dem lichtaushärtenden Schlicker gefüllt wird. In Kombination mit einer Rakel wird durch eine Drehbewegung eine Schicht Schlicker appliziert. Der Boden der Wanne ist transparent, sodass der Schlicker von unten belichtet werden kann. Lithoz verwendet dazu ein speziell entwickeltes Projektionssystem, bei dem bei dem die Light-Engine auf eine eigens entwickelte Optik genau abgestimmt ist.

Für die Belichtung werden LEDs verwendet, da sich diese durch eine hohe Lebensdauer, einer homogenen Lichtverteilung sowie durch eine konstante Lichtleistung auszeichnen. Das projizierte Bild wird über eine digitale Mikrospiegelvorrichtung (DMD, Digital Mirror Device) erzeugt. Auf diesem Spiegelarray befinden sich mehr als 2 Mio. Spiegel, die individuell gesteuert werden können und die von den LEDs beleuchtet werden. Jeder dieser Spiegel kann einzeln und gleichzeitig ein- und ausgeschaltet werden wodurch eine dynamische Maskenbelichtung möglich ist. Diese hat den Vorteil, dass sie die gesamte Fläche zur gleichen Zeit belichtet und somit die Belichtungsdauer unabhängig vom zu belichtenden Querschnitt ist.

VORTEILE DER LCM-TECHNOLOGIE

Durch die intuitive Benutzeroberfläche und den hohen Automatisierungsgrades der Systeme sind eine rasche Einschulung und eine einfache Bedienung der Maschinen gewährleistet.

Die Systeme verfügen über ein funktionelles Design und weisen einen geringen Platzbedarf auf (Stellfläche 1,2 m × 0,6 m; Höhe 1,8 m) und lassen sich daher einfach in bestehende Produktionsumgebungen integrieren. Durch das auf LED-Technologie basierende Projektionssystem müssen keine besonderen Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden.

Die Datenvorbereitung erfolgt bequem direkt vom Arbeitsplatz aus. Mittels der CeraFab DP (Data Preprocessing) Software können alle relevanten Prozessparameter festgelegt werden.

Das konstruierte 3D-Modell wird von der Software in einzelne Schichten zerlegt und für den Produktionsprozess aufbereitet. Außerdem besteht die Möglichkeit, die gewünschten Bauparameter zu speichern bzw. diese im Bedarfsfall flexibel zu verändern. Die Software gestattet auch eine Vorschau auf den Schichtenaufbau, anhand dessen eine Fehlerüberprüfung bereits vor dem Bauprozess vorgenommen werden kann.

Mit der CeraFab HC (Hardware Control) werden alle notwendigen Prozesse einfach und übersichtlich direkt an der Maschine vorgenommen.

Die benutzerfreundliche Oberfläche gibt rasch Auskunft über den aktuellen Baustatus und die verbleibende Zeit bis zur Fertigstellung der Bauteile. Das System ist so konzipiert, dass dessen Bedienung rasch und einfach erlernt werden kann. Mit Hilfe von wenigen Tasten kann die Steuerung der Maschine vorgenommen werden. Die CeraFab-Systeme zeichnen sich zudem durch ihre einfache Wartung aus. Ein Materialwechsel kann innerhalb von fünf Minuten abgeschlossen werden.

Bei der Entwicklung der CeraFab-Systeme wurde besonders auf niedrige Betriebskosten durch geringen Energieverbrauch geachtet.

Die CeraFab-Systeme verwenden eine auf LED basierende Belichtungseinheit zur Generierung der Schichtinformation. Dadurch werden sowohl die Betriebskosten als auch der Energieverbrauch niedrig gehalten. Der CeraFab weist den gleichen Energiebedarf wie ein konventioneller PC auf.

Durch die spezielle Bottum-up-Anordnung (Belichtung von unten durch eine durchsichtige Wanne) benötigen die CeraFab-Systeme nur so viel Material wie für den Aufbau der Schichten benötigt wird.

Das LCM-Verfahren macht es zudem möglich, das Material wiederzuverwenden. Ein Materialtausch kann innerhalb von 5 Minuten durchgeführt werden, da nur Wanne und Bauplattform getauscht werden müssen. Das von Lithoz entwickelte Dosiersystem berechnet im Vorfeld jedes Baujobs automatisch den geplanten Materialverbrauch. Dadurch ist auch bei längeren Baujobs keine manuelle Nachdosierung des Schlickers notwendig.

Mit dem LCM-Verfahren werden konventionelle Grünkörper hergestellt, die im Folgenden, gleich wie bei klassischen keramischen Verfahren, entbindert und gesintert werden.

Die Bauteile können nach dem Bauprozess oder im (vor-)gesinterten Zustand mit allen keramischen Nachbearbeitungsmöglichkeiten wie z.B. Fräsen, Schleifen, Polieren bearbeitet werden.