Binder Jetting Keramikpulver für Metallgussformen und -kerne entwickelt

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Die japanische AGC Ceramics Co. Ltd und die deutsche Voxeljet AG haben die Hochleistungskeramik Brightorb für den 3D-Druck mittels Binder Jetting qualifiziert. Neben hochkomplexen Formen und Kernen für den Sand- und Feinguss sind auch Strukturbauteile und Kunstobjekte möglich.

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Brightorb wurde auf einer VX1000 mit einem Bauvolumen von 1000 x 600 x 500 mm entwickelt. Das 3D-Drucksystem arbeitet schichtbasiert und verklebt die Keramikpartikel mit einem anorganischen Binder.
Brightorb wurde auf einer VX1000 mit einem Bauvolumen von 1000 x 600 x 500 mm entwickelt. Das 3D-Drucksystem arbeitet schichtbasiert und verklebt die Keramikpartikel mit einem anorganischen Binder.
(Bild: Voxeljet)

Das keramische Material besteht aus sphärischem Sand mit den Hauptbestandteilen Aluminiumoxid (Al2O3) 80 %, Zirkoniumoxid (ZrO2) 10 %, Siliziumoxid (SiO2) 9 % sowie den Mineralien Korund, Baddeleyit und verschiedenen Zementarten. Laut Voxeljet wird Brightorb beim 3D-Druck mit mittleren Korngrößen von 50 µm und Schichtdicken von 100 µm auf die Bauplattform aufgebracht und mit einem umweltverträglichen anorganischen Binder selektiv gebunden. Um die gedruckte Keramik anschließend für die endgültige Anwendung vorzubereiten, werden die gedruckten Bauteile mit einer Flüssigkeit auf Kieselsäurebasis imprägniert und in einem Sinterofen zu ihrer endgültigen Festigkeit gebrannt. Der größte Teil des unbedruckten Pulvers kann wieder aufbereitet, recycelt und dem Druckprozess wieder zugeführt werden, heißt es.

AGC Ceramics erklärt, dass das Materialset dahingehend optimiert werden konnte, dass der Schrumpfungsfaktor der gedruckten Bauteile beim anschließenden Sinterprozess bei 1.400 °C weniger als ein Prozent beträgt. Damit sind die Bauteile auch für filigrane Kernkonstruktionen geeignet. Dank der hohen Feuerfestigkeit sei es zudem möglich, Legierungen mit Schmelzpunkten jenseits der 1.600 °C zu vergießen.

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Fokus liegt auf Kernen für den Feinguss

Das für den 3D-Drucker VX1000 von Voxeljet optimierte Keramikpulver soll vorrangig in Kernen für den Feingussprozess Anwendung finden. So können nach Angaben von Voxeljet komplexe und filigrane Hohlräume innerhalb von Gussteilen realisiert werden. Bei diesem Verfahren werden die filigranen Kerne mit konventionellen Wachsmodellen kombiniert. Sie werden mit einem keramischen Schlicker überzogen und vor dem Gießen ausgebrannt. Übrig bleibt eine hohle Keramikform, in der noch der gedruckte Kern eingesetzt ist. Anschließend wird geschmolzenes Metall in die Form gegossen. Nach dem Abkühlen werden sowohl die Form als auch der Kern entfernt. Mit diesem Verfahren ist es nun möglich, interne Kühlkanäle in Turbinenschaufeln zu integrieren und so den Wirkungsgrad der Turbine zu erhöhen und gleichzeitig Stillstandszeiten auf ein Minimum zu reduzieren.