Kompliziertes einfach drucken: Forscher wollen komplexe Bauteile besonders preisgünstig herstellen – per 3D-Druck und mit einer neuartigen Paste, die aus feinem Metall- oder Keramikpulver und Bindemitteln besteht.
Johannes Rudolph und Fabian Lorenz blicken im Labor der Professur Elektrische Energiewandlungssysteme und Antriebe der Technischen Universität Chemnitz voller Stolz auf einen unscheinbaren Eisenring. Das fünf Zentimeter große Teil, das in einem Elektromotor als Magnetkreis fungieren soll, wurde in einem von ihnen entwickelten 3D-Druckverfahren gefertigt. „Unser 3D-Drucker besteht zu einem großen Teil aus Standardbauteilen – wir haben das Fahrrad also nicht völlig neu erfunden, sondern bereits bekannte additive Technologien kombiniert und modifiziert“, erläutert Rudolph. Gedruckt werde mit einer speziell hergestellten neuartigen Paste, die aus feinem Metall- oder Keramikpulver und Bindemitteln besteht. „Durch den Einsatz verschiedener Druckköpfe lässt sich das Gerät zudem schnell für unterschiedliche Druckjobs umrüsten“, ergänzt Lorenz. Die Vorteile des 3D-Druckverfahrens liegen aus Sicht der Forscher vor allem darin, dass es preisgünstig und sehr flexibel ist.
„Inzwischen sind die Grundzüge und die Entwicklungsrichtung unseres Verfahrens klar“, sagt Rudolph. Die Forscher setzen ein universell einsetzbares echtes 3D-Drucksystem ein. Dabei bewegt sich der Druckkopf dreidimensional entsprechend des Druckprogramms und drückt die an der TU entwickelte Spezialpaste an die vorgegebenen Punkte. So wächst im Drucker ein durch Aushärtung bereits verfestigtes, aber noch nicht belastbares Werkstück – der so genannte Grünling. Durch eine Wärmebehandlung versintert er anschließend zu einem stabilen Körper. „Durch die Temperatureinstellung im Sinterofen lassen sich die Eigenschaften der jeweiligen Materialien gezielt optimieren“, verweist Lorenz auf eine Einflussmöglichkeit bei diesem Prozessschritt.
Bislang experimentieren die Chemnitzer Wissenschaftler, die nach eigener Aussage aufgeschlossen gegenüber Projektpartnern und potenziellen Anwendern sind, noch mit einem einzelnen Druckkopf. In einem nächsten Schritt werden Druckjobs mit zwei und später auch mehr Druckköpfen für verschiedene Metall- und Keramikpasten getestet. „Erst dann kommen die verfahrensspezifischen Vorteile des Multi-Materialdrucks voll zur Geltung, nämlich die einfache und preisgünstige Herstellung komplexer und geometrisch anspruchsvoller Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen in einem Arbeitsgang“, blickt Rudolph nach vorn. Als Beispiele nennt er hitzebeständige elektrische Antriebe, bei denen die isolierende Keramikummantelung gleich mitgedruckt wird. Oder auch Behälter mit bereits innen liegendem hocheffizienten Wärmetauscher sowie Kühlkörper, die in den optimalen Bereichen von Kühlkanälen durchzogen sind.
Weitere Informationen: www.tu-chemnitz.de
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