Industrie

Separonics™- Filtermembranen von Evove werden unter anderem für die Extraktion von Lithium oder Salz aus Wasser eingesetzt. Dank der Kombination des widerstandsfähigen Alumina mit deutlich komplexeren Membranstrukturen aus dem LCM Druckverfahren verfünffacht sich der Output dank einer um 80% verbesserten Recyclinanteils des gefilterten Wassers. Gleichzeitig verringert sich der Energieaufwand um 80%.

Durch das Zusammenflanschen von 20 Membransegmenten mit einer Höhe von jeweils 5 cm und einem Durchmesser von 10 cm erreicht eine einzelne auf der CeraFab System S320 gedruckte Separonics™ Einheit eine Gesamtlänge von 1 Meter. Die dank der Präzision der LCM-Technologie beeindruckende Energieeinsparung bei gleichzeitiger Produktivitätssteigerung im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen bedeutet einen entscheidenden Durchbruch in der industriellen Skalierung anspruchsvoller keramischer Filtrationsanwendungen. Auf dem Weg zur effizienten Kreislaufwirtschaft machen die vielfach verlängerte Einsatzdauer und der stark minimierte Wartungsaufwand den Einsatz hochresistenter 3D-gedruckter Keramikfilter nun auch wirtschaftlich zu einem gewinnbringenden Erfolgskonzept.

Dieser Gasverteilerring aus Alumina mit einem Durchmesser von 15 Zoll wird von Alumina Systems mit Lithoz LCM Technologie hergestellt. Alumina Keramik wird verwendet, um konstanten Gasfluss und Druck zu gewährleisten, selbst wenn reaktive Gase verwendet werden. Die Lithoz-LCM-Technologie setzt dabei die Design-Flexibilität des 3D Drucks perfekt um und ermöglicht dank ihrer Präzision ein hochkomplexes Design mit derart leichten und dünnwandigen Strukturen, wie sie in konventioneller Herstellung nicht erzielbar sind. Die Herstellkosten des Gasverteilerrings sind signifikant reduziert, durch die digitale Lagerhaltung on demand werden dazu Lagerkosten eingespart und die Risiken in der Logistik dieses kritischen Bauteils praktisch eliminiert.

Mit der kontinuierlich steigenden Nachfrage nach keramischem 3D-Druck im industriellen Maßstab quer durch alle Branchen wird der Erfolg der Lithoz-Partner und -Technologie in der Serienproduktion immer deutlicher sichtbar. Die Kombination aus Lithoz Technologie, dem weltweiten Netzwerk erfahrener Auftragsfertiger und der CeraControl Software, die bis zu 100 CeraFab S65 Drucker an unterschiedlichen Standorten koppelt, bildet das Fundament „Ceramic 3D Factory“.  Bei konstant reproduzierbarer Präzision eröffnet Lithoz die Ära der global vernetzten keramischen Druckerfarmen von der Halbleiterproduktion über die Luft- und Raumfahrt bis hin zur Medizintechnologie.

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Diese Hochdruckdüse mit engstmöglichem Auslass ist mit LithaLox 360 gedruckt und wurde von der Steinbach AG für einen Kunden aus der Automobilindustrie gefertigt. Die ursprüngliche Anwendung bestand aus mehreren metallischen Einzelteilen, was zu einem deutlich höheren Gewicht und einem massiven Querschnitt von 50 mm führte.

Die Steinbach AG konstruierte das gesamte Bauteil neu und optimierte es dahingehend, das volle Potenzial der LCM-Technologie in Bezug auf Präzision und Materialstärke auszuschöpfen. Durch deutlich filigranere Innenstrukturen, einen extrem engen Auslass und deutlich glattere Oberflächen in einem einzigen 3D-gedruckten Teil konnte die gesamte Konstruktion um 60 % verkleinert werden. Dank der hervorragenden Korrosionsbeständigkeit wies das Aluminiumoxidteil auch einen wesentlich geringeren Verschleiß auf als das vorherige Metallteil.

Mixer werden häufig für das Mischen von Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität verwendet, von denen sich viele sehr korrosiv verhalten. Dank der Korrosionsbeständigkeit von Keramik gegenüber den aggressivsten Chemikalien hat dieser 3D-gedruckte Keramikmixer eine weitaus längere Lebensdauer als herkömmliche Werkstoffe in diesem Einsatzbereich, was nicht nur die Ausfallzeiten verringert, sondern gleichzeitig die Effizienz erhöht. Die komplexe Form und die sehr knappen Abstände zwischen den Schaufeln des von Bosch Advanced Ceramics gedruckten Bauteils eignen sich auch hervorragend für die Produktion mit der Lithoz LCM 3D-Drucktechnologie und dem auf Feinstrukturen optimierten LithaLox 360 Schlicker, womit weitaus kompliziertere innere Geometrien als mit herkömmlichen Verfahren erreicht werden können.

LithaLox 360 ist dank einer modifizierten Binderformulierung und einem Reinheitsgrad von 99,8 % speziell für die Gestaltung hochauflösender Merkmale optimiert. Mit diesem Aluminiumoxid lassen sich selbst dünnste Kanäle, engste Gitterstrukturen und feinste Löcher in miniaturisierten Bauteilen realisieren. So lassen sich beispielsweise Röhren mit einem Durchmesser von weniger als 200 μm und Stege unter 100 μm Dicke herstellen. Bauteile aus Alumina sind elektrisch isolierend und durchstoßfest und eignen sich daher für eine Vielzahl von Anwendungen, etwa in der Halbleiterindustrie oder für Düsen in der Medizin.

Diese von Bosch Advanced Ceramics 3D-gedruckte Mischdüse wird in Rotoren für Minipumpen verwendet. Die Korrosionsbeständigkeit des keramischen Werkstoffs Alumina macht ihn zum idealen Material für den Einsatz in chemischen Anwendungen. Die komplexen Leitschaufeln und die kleinen Löcher konnten dank der geometrischen Freiheit des 3D-Drucks problemlos realisiert werden, wobei der Durchmesser der Löcher lediglich 0,2 mm beträgt, was eine signifikant größere Anzahl an Löchern und somit eine entsprechend optimierte Mischleistung ermöglicht.

Wenn es um hochautomatisierte Klebevorgänge geht, wurden bisher in der Regel Dosiernadeln aus Metall verwendet. Diese Bauformen eignen sich gut für die exakte Dosierung hochviskoser Klebstoffe. Bei dieser Anwendung kommt es vor allem auf eine erhöhte Haltbarkeit und Verschleißfestigkeit an. Da Stehzeiten von Produktionsanlagen enorme Kosten verursachen, müssen solche Verschleißteile möglichst lange ohne Ersatz auskommen. Die Lebensdauer dieser Teile lässt sich mit keramischen Dosiernadeln, wie diese 3D-gedruckte Alumina-Nadel aus LithaLox 360 von Bosch Advanced Ceramics, im Vergleich zu Metall deutlich verlängern.

Damit der Klebstoff präzise und kontinuierlich abgegeben werden kann, muss er mit geringer Reibung durch die Bohrung fließen können. Die minimale Oberflächenrauigkeit, die mit dem Lithoz LCM 3D-Druck erreicht wird, verbessert die Effizienz daher erheblich. Aufgrund der konischen Geometrie kann keine nachträgliche Oberflächenbearbeitung mehr erfolgen, weshalb der Herstellungsprozess bereits beim Drucken selbst die höchstmögliche Genauigkeit erreichen muss. Solch hohe Ansprüche an innenliegende, hochkomplexe Strukturen können mit dem LCM Druckverfahren bestens erreicht werden.

Die additive Fertigung hochfester Keramiken ermöglicht die Entwicklung noch effizienterer Schneidwerkzeuge. Keramik ist eine hervorragende Alternative zu Hartmetall-Schneidstoffen, insbesondere für das Hochgeschwindigkeitsdrehen. Bei ihrer Anwendung wird die Wendeschneidplatte in einen Klemmdrehhalter eingesetzt und durch Niederhalten mit einem Finger und Anziehen der Schraube fixiert.

Im Vergleich zu konventionell gefertigten Teilen für diese Anwendung erreicht das für den LCM-Druck optimierte Bauteil aus Siliciumnitrid dank einer reduzierten Wandstärke von < 4,4 mm eine deutliche Materialeinsparung, die ein erhebliches Einsparpotenzial in der Serienfertigung bietet.

Das Projekt wurde im Rahmen von AddiZwerk (Additive Fertigung von Zerspanungswerkzeugen) entwickelt, finanziert durch M-ERA.NET und FFG. Das Design stammt vom PTW (Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen) der TU Darmstadt.

Dieses horizontale Lager, das der US-amerikanische AM-Keramikspezialist CeramcoAdditive für einen Kunden aus der Textilindustrie herstellte, wurde mit LithaLox HP 500 auf einen Lithoz CeraFab System S65 Industriedrucker gefertigt. Das Stehlager sollte als Stangenhalter für lineare Bewegungen eingesetzt werden, wobei höchste Präzision und geringe Reibung die entscheidenden Eigenschaften für die geforderte Anwendung in der Maschinenautomatisierung sind. Die komplizierten schraubenförmigen inneren Adern im Innendurchmesser des Bauteils wären aus einem keramischen Material mit keiner traditionellen Herstellungsmethode.

LithaLox HP 500 weist eine hervorragende 4-Punkt-Biegefestigkeit und eine außergewöhnliche Oberflächengüte auf. Dieses spezielle Alumina wurde speziell für extrem reibungsempfindliche Anwendungen wie Fadenführer in der Textiltechnik, Hochleistungssubstrate für die Elektroindustrie oder Schutzmaterialien in thermischen Prozessen entwickelt.

Diese Nadeln wurden mit LithaLox 360 gedruckt und sind ein hervorragender Beweis dafür, wie hochpräzise und effizient die Lithoz LCM-Technologie arbeiten kann. Klares Ziel des gemeinsam mit Bosch Advanced Ceramics realisierten Projekts war es, die Beladung der CeraFab S65-Plattform mit identischen komplexen Teilen mit feinen Strukturen zu maximieren.

Dank der punktgenauen Dosierung der keramischen Masse und der Verwendung der höchsten optischen Präzision auf dem Markt konnten die Drucker des CeraFab-Systems an jedem Punkt der Druckplattform eine ultrapräzise Belichtung realisieren, die es ermöglichte, extrem filigrane Teile und komplizierte innere Strukturen ohne mechanischen Druck auf die Z-Achse aufzubauen. Die bewährte Stabilität des Systems sichert dabei die lineare Skalierbarkeit bis zur industriellen Massenproduktion.

Dieses Funktionsteil wurde von der Steinbach AG aus dem flexiblen Alumina-Material LithaLox 360 entworfen und 3D-gedruckt. Es war Teil eines gemeinsamen Entwicklungsprojekts zur Optimierung der Reinigung der hochkomplexen Strukturen, die mit diesem neu entwickelten Alumina-Schlicker erreicht werden können, der in der Lage ist, dünnste Kanäle, engste Gitterstrukturen und feinste Löcher in miniaturisierten Bauteilen zu erzielen.

Charakteristisch für den Wärmetauscher sind die eng formierten Kühlrippen von nur 0,45 mm Kantenbreite bei einer Tiefe von 3,5 mm, gemessen von den Rippenkanten bis zur Rohrstruktur. Der Durchmesser des achsbildenden Innenrohrs beträgt bloß 2 mm, die angeschlossenen Mittelstreben haben eine Dicke von lediglich 0,45 mm.

Turboladerrotoren aus Siliciumnitrid werden verwendet, um das Ansprechverhalten eines Motors zu verbessern. Die Verwendung von Keramikrotoren anstelle von Metall verringert die Trägheit und reduziert somit die Verzögerung. Darüber hinaus sind diese Rotoren sehr heißem Gas ausgesetzt und müssen auch unter diesen Bedingungen langlebig sein. Bisher waren komplizierte Bauteile aus Siliciumnitrid aufgrund der Einschränkungen der konventionellen Bearbeitungsverfahren nicht herstellbar. Die CeraFab 3D Drucker ermöglichen durch die LCM-Technologie die Herstellung von komplex geformten Rotoren, um die Leistung von Mikrogasturbinen zu steigern.

Sehen Sie sich ein Video über die Temperaturwechselbeständigkeitsprüfung für ein 3D-gedrucktes Bauteil aus Siliciumnitrid an. 

Das LCM 3D-Druck Verfahren für Keramik ermöglicht die Herstellung von Anwendungen mit feinsten Details und hochkomplexen inneren Strukturen bei gleichzeitig exzellenter Oberflächenqualität. Einige Beispiele sind Mikrodüsen und Ventile mit strömungsoptimierten Bahnen, Miniaturrotoren und Mikrofräswerkzeuge, elektronische Anwendungen wie komplexe und präzise Substrate sowie medizinische Sensoren, Instrumente und chirurgische Werkzeuge.

Die industrielle Serienfertigung komplexer Keramikbauteile mit Mikrostrukuturen erfordert eine Technologie, die jeden Anspruch an hohe Wiederholgenauigkeit erfüllt. Wo konventionelle Methoden wie Fräsen, Bohren, Schleifen und Keramikspritzguss deutlich an ihre Grenzen stoßen, bieten die CeraFab Drucker die skalierbare Serienfertigung von Teilen mit Merkmalen bis zu 100 µm.