Die Neuanschaffung des 3D-Druckers für Hybridmaterialien entspringt einer Forschungskooperation der beiden Leobener Departments für Werkstoffwissenschaft und Kunststofftechnik im Bereich des Designs, der Herstellung und der Charakterisierung von neuen Materialien mit verbesserten Struktur- und Funktionseigenschaften. Gemeinsam arbeiteten die Forscher bereits bei verschiedenen Projekten mit Lithoz zusammen. Das 2011 in Wien gegründete Unternehmen bietet 3D-Drucker, Materialien und Lösungen für die industrielle Produktion von Hochleistungskeramiken und bioresorbierbaren Keramiken.
Kombinationen von Werkstoffen möglich
Die Forschung in Leoben soll dazu beitragen, Designrichtlinien in Bezug auf Struktur- und Funktionseigenschaften für künftige 3D-gefertigte Materialien zu entwickeln. „Konkrete Beispiele dafür sind Hochleistungskeramiken für die Biomedizin wie zum Beispiel Zahnimplantate oder Hüftgelenke“, sagt Assoz.Prof. Dr. Thomas Grießer vom Lehrstuhl für Chemie der Kunststoffe. Auch 3D-Architekturen mit eingestellten Funktionseigenschaften wie Dielektrika oder Piezoelektrika für die Mikroelektronik, Kühlkörper für die Elektronikindustrie oder gefüllte Photopolymere für die additive Fertigung von Brillengestellen oder Zahnersatzmaterialien seien denkbar.
Der 3D-Druck-Prozess
Das eingesetzte Verfahren basiert auf der Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM)-Technologie. Ausgehend von einem CAD-Modell ist der erste Schritt des Prozesses die Arbeitsvorbereitung und -optimierung. Die Informationen für das Bauteil werden direkt vom Computer digital auf das Cera Fab genannte System übertragen. Die mit Keramikpartikeln gemischte Flüssigkeit (der so genannte Schlicker) wird automatisch dosiert und auf eine transparente Wanne aufgetragen. Die bewegliche Bauplattform wird in den Schlicker getaucht, dieser wird dann selektiv sichtbarem Licht von unterhalb der Wanne ausgesetzt und ausgehärtet. Das Schichtbild wird über eine digitale Mikrospiegel-Vorrichtung (DMD) in Verbindung mit einem hochmodernen Projektionssystem erzeugt.
Durch die Wiederholung dieses Prozesses kann ein dreidimensionales „Grünteil“ Schicht für Schicht erzeugt werden. Beim Ausheizen wird das Bindemittel entfernt, danach werden die Bauteile gesintert, wodurch vollständig dichte Keramikbauteile entstehen. Ziel sind so genannte „digitale Materialien“ beziehungsweise „digitaler Bauteile“, wobei Eigenschaften wie zum Beispiel Farbe und mechanische Festigkeit dreidimensional und selektiv innerhalb des Bauteils modifiziert werden können.
Modernste Ausstattung auch für Lehre
„Neben der Forschung wird der neue 3D-Drucker an der Montanuniversität Leoben auch im Masterstudium Werkstoffwissenschaft zum Einsatz kommen“, kündigt Prof. Raul Bermejo Moratinos vom Lehrstuhl für Struktur- und Funktionskeramik an. „Neben Metallen und Polymeren können wir in der Lehre nun alle Materialklassen als Werkstoffe für die additive Fertigung abbilden.“ Ergänzende Industrieerfahrung können die Leobener Studierenden durch Praktika im Bereich 3D-Fertigung bei Lithoz sammeln.
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