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Keramikdruck 3D-Druck macht Keramikteilherstellung nachhaltiger

Quelle: SKZ 2 min Lesedauer

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Am SKZ in Würzburg hat man mit Partnern ein Projekt beendet, das über den 3D-Druck von Wood-Plastic-Composites (WPC), SiSiC-Keramiken nachhaltiger werden lässt.

Additive Fertigung sorgt erneut für Verbesserungen bei der Herstellung von Keramikbauteilen! Hier die Demonstratoren (holzfarbene Bauteile), sowie die daraus entstandenen SiC-Keramiken nach der Silizierung (silberfarbene Bauteile). Mitgeforscht hat dabei das SKZ in Würzburg.(Bild: SKZ / L. Hoffmannbeck)
Additive Fertigung sorgt erneut für Verbesserungen bei der Herstellung von Keramikbauteilen! Hier die Demonstratoren (holzfarbene Bauteile), sowie die daraus entstandenen SiC-Keramiken nach der Silizierung (silberfarbene Bauteile). Mitgeforscht hat dabei das SKZ in Würzburg.
(Bild: SKZ / L. Hoffmannbeck)

Das Projekt „3D-Druck von WPC zur Herstellung endkonturnaher komplexer SiSiC-Bauteile“, das am 1. April 2022 startete und bis zum 31. Januar 2025 lief, verfolgte das Ziel, eine nachhaltige und ressourcenschonende Herstellungsroute für siliziuminfiltrierte Siliziumkarbid (SiSiC)-Keramiken zu entwickeln, wie das SKZ aus Würzburg mitteilt. Dabei lag der Fokus auf der additiven Fertigung von WPC-Grünkörpern (Wood-Plastic-Composite), die per Fused Filament Fabrication (FFF) und Fused Granulate Fabrication (FGF) gefertigt wurden. Diese Bauteile wurden dann pyrolysiert und mit Silizium infiltriert, um hochwertige SiSiC-Keramiken zu erzeugen, wie die Forscher erklären.

Wichtige Erkenntnisse optimieren WPC-Rezepturen

Das IGF-Projekt mit dem Förderkennzeichen 22307N, das von der „AiF“ und dem DLR als Projektträger unterstützt wurde, hat erfolgreich die Entwicklung von innovativen Verfahren zur Herstellung von SiSiC-Keramiken mittels 3D-Druck abgeschlossen, wie man betont. In Zusammenarbeit mit der Universität Bayreuth, insbesondere dem Lehrstuhl für Keramische Werkstoffe, haben die Projektpartner neue Ergebnisse in der additiven Fertigung zu melden. Die wichtigsten davon betreffen die Entwicklung neuer Rezepturen für novolakhaltige (phenolbasierte Harze) WPC. Das Projektteam konnte dabei wichtige Erkenntnisse zur Materialkomposition und zum Compoundieren gewinnen, die zur Verbesserung von WPC-Rezepturen beitragen. Darüberhinaus gibt es auch Machbarkeitsdemonstrationen der WPC-Grünkörperherstellung, wie es weiter heißt. Mit den oben genannten Verfahren wurde dabei erfolgreich die additive Fertigung von Grünkörpern für SiSiC-Keramiken realisiert.

Verbesserte Pyrolyse bringt formstabilere Bauteile

Ein weiteres Projektergebnis ist die Optimierung der Pyrolyse. Bei ihr konnte eine Formstabilität ohne Blasenbildung während der pyrolytischen Behandlung nachgewiesen werden, was die Qualität der Bauteile weiter verbessert, so die SKZ-Beteiligten am Projekt. Durch die Silizierung der Bauteile konnten der Kohlenstoffgehalt und die Porosität deutlich verringert werden. Die im Projekt produzierten SiC-Keramiken erzielten deshalb beeindruckende Biegefestigkeiten von über 200 Megapasqal. Das Projekt setze so einen wichtigen Meilenstein für die Entwicklung ressourcenschonender, energieeffizienter und nachhaltiger Herstellungsverfahren für komplexe Bauteile, welche einen geringen Nachbearbeitungsbedarf haben. Das sei für verschiedene Industrien von Interesse und ermögliche eine verschleißarme Herstellung von entsprechenden Produkten. Die Ergebnisse zeigten nicht nur das Potenzial der additiven Fertigung in Verbindung mit anspruchsvollen Materialen und Bauteilen, sondern auch, wie diese Fertigungsabläufe nachhaltiger machen könnten.

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