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CerAM Vat Photo-Polymerization

Wie funktioniert CerAM Vat Photo-Polymerization?

Das CerAM Vat Photo-Polymerization (VPP) Verfahren basiert auf der Stereolithografie, d.h. der ortsaufgelösten Photolyse von mit keramischen Pulverpartikeln hochgefüllten organischen Monomermischungen, die durch das Einleiten von Photonen aus einer Lichtquelle mit einer definierten Wellenlänge initiiert wird. Die Belichtung erfolgt hierbei, indem Lichtwellen auf ein DMD (Digital Micromirror Device) strahlen, der diese dann pixelweise durch eine Optik auf die Unterseite eines transparenten Wannenbodens mit einer definierten Intensität lenkt. Im vorliegenden Fall ist der Wannenboden rund und definiert rotierbar, um die photoreaktive Suspension mit Hilfe eines Rakelsystems (Doktor-Blade) in einer einstellbaren Schichtdicke (100-400 µm) aufzutragen. Nach dem Suspensionsauftrag wird eine Bauplattform, die senkrecht an einer z-Achse fixiert ist, mit einer definierten Geschwindigkeit von oben kommend in die Wanne mit der definiert aufgetragenen Suspension bewegt. Der suspensionsgefüllte Abstand zwischen Wannenboden und Bauplattform definiert die Schichthöhe im Bauteil und wird gezielt im Bereich von 25-100 µm eingestellt. Anschließend erfolgt die ortstaufgelöste flächige Belichtung einer Schicht des in viele Schichten zerlegten Bauteils von der Unterseite des Wannenbodens. Anschließend erfolgt das Ablösen der Bauplattform über einen schonenden Kippmechanismus, danach erfolgt erneut der Suspensionsauftrag und die Bauplattform wird um den Abstand einer Schicht nach oben versetz, erneut in die Wann bewegt. Die beschriebenen Vorgänge werden schichtweise wiederholt, bis das vollständige Bauteil entstanden ist.

Schematische Darstellung des CerAM Verfahrens (nach Lithoz GmbH)

                                                        Schematische Darstellung des CerAM Verfahrens (nach Lithoz GmbH)

Welche Materialien werden eingesetzt?

  • Aluminiumoxid (Al2O3)
  • Zirkoniumdioxid (ZrO2)
  • Titanoxid (TiO2)
  • Dispersionkeramiken (ZTA, ATZ)
  • Hydroxylapatite (HAp)
  • Tricalciumphosphat (TCP)
  • Silica (SiO2)
  • SiAlON-Siliziumnitrid (Si3N4)
  • Aluminiumnitrid (AlN) [in Entwicklung]
  • Hochtemperaturbeständiges Siliziumnitrid (HT-Si3N4; UBE-Si3N4) [in Entwicklung]

 

Was sind die Vorteile von CerAM VPP?

  • Bauteildichte bis nahezu 100%
  • Bauteileigenschaften wie bei konventioneller Fertigung möglich
  • hohe Auflösung (minimale Wandstärke 100 µm)
  • hohe Genauigkeit (bis ± 40 µm möglich)

 

Welche Anwendungen gibt es bereits?

Die hohe Genauigkeit, die Freiheiten in der Geometrie und die aktuell verfügbaren Materialien eröffnen dem CerAM VPP Verfahren eine Vielzahl von Anwendungsbereichen. Da sich das Verfahren perfekt für komplexe Einzelteile, als auch für Klein- bis Mittelserien eignet, sind typische Anwendungsszenarien solche mit hohem Qualitätsanspruch und geringerem Preisdruck. So ermöglicht der Druck biokompatibler Keramiken wie Zirkonoxid oder Materialien wie Tricalciumphosphat die schnelle, individualisierte Herstellung endkonturnaher Medizinprodukte. Im Bereich des Leichtbaus und der Luft- und Raumfahrt wird vom Potential der Geometriefreiheit und der Verwendung keramischer Werkstoffe Gebrauch gemacht, um so große Gewichtsersparnisse realisieren zu können. Weitere typische Anwendungsgebiete sind die Chemische Prozess- und Reaktionstechnik (z.B. Mischer, Reaktor, Katylysatorträgerstrukturen,…), Wärmetauscher und Kühlkörper, komplexe Substrate für Sensorik und Aktorik sowie (verschleiß- und temperaturbeständige) Komponenten für den Maschinenbau.

Ansprechpartner

für photoreaktive keramische Suspensionen:
Eric Schwarzer-Fischer
(Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS)

Telefon +49 351 2553 7625
eric.schwarzer-fischer@ikts.fraunhofer.de

 

für keramische Additive und Hybride Fertigung:
Dr. Uwe Scheithauer
(Fraunhofer-Institut für keramische Technologien und Systeme IKTS)

Telefon +49 351 2553 7671
uwe.scheithauer@ikts.fraunhofer.de

 

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