Keramischer 3D-Druck wird als Technologie immer relevanter. Wer Materialentscheidungen sauber treffen will, sollte diese Entwicklungen kennen – auch dann, wenn nicht jedes Spezialverfahren als Standardleistung in jedem Service-Portfolio abbildbar ist.
Unser Ziel ist, schnell Klarheit zu schaffen, welches Material und welches Verfahren für eine Anwendung sinnvoll ist. Für viele funktionale Kunststoffteile sind robuste Standardmaterialien und eine werkzeuglose Fertigung oft der schnellste und wirtschaftlichste Weg. Wenn eine Anwendung jedoch klar nach Keramik, Metall oder anderen Spezialverfahren verlangt, ist es sinnvoll, das früh zu erkennen und den passenden nächsten Schritt zu wählen.
Wenn Du bereits ein 3D-Modell hast, kannst Du es direkt über die Online-Kalkulation hochladen. Für viele Modelle oder Stücklisten eignet sich der Bulk-Kalkulator. Für Sonderfälle, unklare Anforderungen oder Beratungsbedarf ist das Formular der schnellste Weg.
Keramischer 3D-Druck ist dabei vor allem dann interessant, wenn hohe Temperaturen, Verschleiß, chemische Beständigkeit oder Biokompatibilität im Vordergrund stehen. Mit Blick auf die gesamte additive Fertigung gibt es heute viele spannende Entwicklungen – bis hin zum 3D-Druck von Häusern. In diesem Artikel findest Du drei kompakte, aber sehr interessante Beispiele.
Neue Anwendungen durch keramischen 3D-Druck
Zahlreiche Bauteile, die heute in der additiven Fertigung aus Metall oder Kunststoff hergestellt werden, könnten in den nächsten Jahren zunehmend aus Keramik entstehen. Denn Keramik bietet einige Vorteile: Durch die hohe Festigkeit ist der Verschleiß oft geringer als bei Kunststoffkomponenten. Zudem ist Keramik temperaturbeständig, kratzfest und unter bestimmten Bedingungen entkeimbar. Besonders spannend ist die keramische Fertigung auch in der Medizin, unter anderem wegen der hohen Biokompatibilität bestimmter Biokeramiken.
Praxisregel: Wenn es vor allem um Passung, Funktion, schnelle Iterationen oder Kleinserien geht, ist ein funktionaler Kunststoff häufig die pragmatischere Lösung. Keramik spielt ihre Stärken aus, wenn Temperatur, Verschleiß, Chemie oder Biokompatibilität wirklich die Anforderungen dominieren.
Am häufigsten werden im keramischen 3D-Druck Aluminiumoxid (Al2O3) oder Zirkoniumdioxid (ZrO2) eingesetzt. Aufgrund der Kosten und der anspruchsvollen Verarbeitung werden vereinzelt auch Siliziumkarbid (SiC) und Aluminiumnitrid (AlN) als Nichtoxidkeramiken angeboten. Speziell als Biokeramiken kommen Hydroxylapatit (HA) und Trikalziumphosphat (TCP) zum Einsatz, die die Zellaktivität stimulieren können und für den Körper als gut verträglich gelten.
Ein Einsatzzweck aufgrund der hohen Temperaturbeständigkeit ist beispielsweise die Gießereitechnik. Dabei kommt als Verfahren häufig Binder Jetting mit Quarzsand zum Einsatz. In 3D-gedruckte Formstücke aus Quarzsand wird beispielsweise Metall gegossen, um Bauteile wie Kurbelgehäuse herzustellen. Als Gussmaterial kommen Eisen-, Kupfer- und Aluminiumbasiswerkstoffe in Frage. Die Herstellung von Gießkernen kann je nach Prozesskette auch über photopolymerbasierte Verfahren erfolgen. Neben additiv hergestellten Gießkernen und Gießformen gibt es keramische Gießfilter, die Einschlüsse in Schmelzen herausfiltern und die Strömung optimieren sollen. Durch strömungsoptimierte Gitterstrukturen, die die Schmelze gezielt umlenken, lassen sich effizientere Schmelzefilter herstellen.
Ein deutlicher Wachstumsmarkt für keramischen 3D-Druck zeigt sich im Medizinsektor. Mit Verfahren wie Vat Photopolymerisation, Binder Jetting und Material Extrusion werden unter anderem Materialien wie Hydroxylapatit und Trikalziumphosphat verarbeitet. Zwar können Dichte und Oberflächenqualität je nach Verfahren und Nachbearbeitung variieren, dennoch sind solche biokeramischen Elemente medizinisch interessant. Implantate aus Trikalziumphosphat weisen eine sehr gute Biokompatibilität, Bioresorbierbarkeit sowie Osteokonduktivität auf und können als Ersatzmaterial für Knochen eingesetzt werden. Der Körper kann diese Materialien resorbieren und durch eigenes Knochengewebe ersetzen, wodurch eine spätere Entfernung des Implantats entfallen kann. Sehr häufig kommen in der Medizin zudem additiv hergestellte Brücken und Kronen aus ZrO2 zum Einsatz.
In der Analytik wird keramische additive Fertigung ebenfalls genutzt, um Tiegel und kleine Probenhalter herzustellen. Wegen der eher kleinen Stückzahlen kann eine werkzeuglose Fertigung wirtschaftliche Vorteile bieten. Die Halter werden beispielsweise in der thermischen Analytik eingesetzt, um hohe Temperaturen sicher zu überstehen.
Einige weitere interessante Beispiele werden hier aufgezeigt:
Die Feuerschale aus dem 3D-Drucker
Das Unternehmen ING3D hat einen mineralischen 3D-Druck entwickelt, mit dessen Hilfe keramische Modelle hergestellt werden können. Dabei werden Partikel versintert, wodurch ein poröses Objekt entsteht, das Temperaturen bis 1.000 °C aushält. Die Herstellung ist auf großflächige Modelle ausgelegt und kann je nach Anwendung kostengünstig sein.
Neue Anwendungen durch mineralischen 3D-Druck:
Der mineralische 3D-Druck hat eine Haptik, die an Porenbeton erinnert. Dadurch lassen sich einzigartige Formen für Schallschutzelemente herstellen, denn in der porösen Struktur “verfangen” sich Schallwellen. Das kann die Raumakustik deutlich verbessern. Es gibt noch einen weiteren wichtigen Vorteil: Das Material ist sehr feuerbeständig. Dieser Aspekt ist bei der Nutzung in Gebäuden insbesondere für Architekten relevant.
Farbiger 3D-gedruckter Beton
Nachdem die ersten Häuser aus dem 3D-Drucker fertiggestellt wurden, stellt sich die Frage, wie man den Beton-3D-Druck farblich aufwerten kann. Die Firma Lanxess hat spezielle Farbpigmente entwickelt, die für den 3D-Betondruck eingesetzt werden können.
Neue Anwendungen durch farbigen Beton:
Nicht nur für den Hausbau kann farbiger Beton genutzt werden, um der Architektur einen einzigartigen Charakter zu geben. Auch kleinere Objekte profitieren von durchgefärbtem Beton, zum Beispiel Büsten oder Kunstobjekte. Es gibt zudem einen praktischen Nebeneffekt abseits der additiven Fertigung: Mit durchgefärbtem Beton lassen sich abriebfeste Markierungen realisieren. Das kann dazu beitragen, dass beispielsweise Fahrbahnmarkierungen deutlich langlebiger werden, was langfristig auch die Verkehrssicherheit unterstützt.
Keramik-ähnlicher 3D-Druck
Das Unternehmen Additive Elements hat ein additives Fertigungsverfahren entwickelt, das im Binder-Jetting ein PMMA-ähnliches Material (AE12+) verarbeitet. Die daraus entstehenden Objekte bestehen weiterhin aus Kunststoff, können sich aber haptisch wie 3D-gedruckte Keramik oder ein silikatisches Material anfühlen. Die Oberfläche wirkt leicht rau, aber formstabil. Im Vergleich zu üblichen Kunststoffdrucken kann das Material relativ schwer wirken und dadurch massiver erscheinen.
Kunststoff, der sich wie Keramik anfühlt:
In manchen Anwendungen kann es hilfreich sein, einen Kunststoff einzusetzen, der sich wie Keramik anfühlt. Die Modelle bieten eine hohe Detailgenauigkeit für filigrane Modelle und basieren auf einem hellen Kunststoffmaterial. Die Wärmeformbeständigkeit liegt bei etwa 60 °C und ist damit für den Modellbau gut geeignet. Mögliche Anwendungen sind Architekturmodelle, Büsten, Ingenieursmodelle oder auch Abdeckungen.
Gedrucktes Porzellan – keramischer 3D-Druck
Das Porzellanikon in Selb zeigt in seiner Ausstellung Porzellan, das aus dem 3D-Drucker stammt. Die Porzellanherstellung ist eines der ältesten Gewerbe der Welt und findet nun auch in der additiven Fertigung ihren Platz. Bildquelle: porzellanikon.org
Neue Anwendungen: 3D-gedrucktes Porzellan
Durch die Fertigung von Porzellan lassen sich neue Varianten bekannter Gegenstände realisieren, die bisher nur über händische Verfahren möglich waren. Auch Anwendungen wie 3D-gedruckte Lampenschirme oder Kunstobjekte bereichern nicht nur Ausstellungen, sondern perspektivisch auch den Alltag. Dadurch wird Individualität im Wohnraum leichter zugänglich. Weitere Anwendungen sind hochfeste und hitzebeständige Bauteile, bei denen Keramik ihre typischen Materialvorteile ausspielt.
Zum Abschluss noch ein wichtiger Rahmen: Für viele Projekte ist ein funktionales Kunststoffbauteil der schnellste, wirtschaftlichste Weg zum Ergebnis. Wenn Deine Anwendung aber klar nach Keramik oder anderen Spezialmaterialien ruft, lohnt sich eine frühe Einordnung, damit Du nicht in die falsche Richtung iterierst. Für Standardteile nutze die Online-Kalkulation, für viele Modelle den Bulk-Kalkulator, und für Sonderfälle das Formular.
