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Multi Material Jetting

Wie funktioniert das Multi Material Jetting?

Bei der Multi Material Jetting Technologie handelt es sich um ein suspensionsbasiertes additives Fertigungsverfahren. Dem pulverbasierten Ausgangsmaterial – hier sind alle Werkstoffklassen von Keramik über Glas bis hin zu Metall möglich – wird eine thermoplastische Bindersubstanz zugesetzt. Diese Suspension, auch Feedstock genannt, wird mit Hilfe von Mikrodosiersystemen bei Temperaturen von ca. 100°C appliziert. Damit lassen sich hochkomplexe Bauteile materialsparend Schicht für Schicht präzise aufbauen. Nach dem Druckvorgang wird der sogenannte Grünling im Ofen entbindert und gesintert. Das Bauteil erhält dadurch seine Festigkeit und die gewünschten Funktionalitäten wie z.B. thermische und elektrische Leitfähigkeit. Die Sinterung der Bauteile dient dem Entfernen des verbliebenen Bindermaterials und geht daher mit einer Schrumpfung einher, der so genannten Schwindung. Deren Betrag ist abhängig vom Anteil der Feststoffpartikel und liegt typischerweise zwischen 17% und 25%.

Welche Materialien können eingesetzt werden?

  • Keramiken (Oxid-, Nitrid- und Karbidkeramiken; mehrfarbig, funktionalisiert)
  • Hartmetalle
  • Sintergläser (funktionalisiert)
  • Edelstähle
  • Edelmetalle
  • Polymere (Thermoplaste mit einer Schmelztemperatur bis 180°C)

Was sind die Vorteile des Multi Material Jettings?

  • Präzise und freie Formgebung für Bauteile aus verschiedenen Materialien
  • Multifunktionale Produkte durch vielfältige Materialkombinationen
  • Materialsparender 3D Druck (Ablage des Materials nur dort wo benötigt)
  • 3D Drucker modular für weitere Materialien erweiterbar
  • Inline-Prozesskontrolle mittels (3D-)Scanner und OCT möglich

Etablierte 3D-Druckverfahren basieren bisher auf dem Einsatz von Kunststoffen, Kunstharzen und Metallen. Diese Werkstoffe sind allerdings für harsche Umgebungen wie etwa bei Hochtemperaturanwendungen ungeeignet. Hier kommen ausschließlich Keramiken und Hartmetalle zum Einsatz. Die konventionelle Herstellung und Verarbeitung dieser Werkstoffe ist allerdings aufwendig und teuer, sodass häufig Beschränkungen in der Formgebung und der Funktionalisierung der Bauteile bestehen. Die Multi Material Jetting Technologie ermöglicht es hingegen, Bauteile aus allen Werkstoffklassen mit allen geometrischen Freiheiten der additiven Fertigung herzustellen – und das in einer Präzision, die eine aufwändige Nachbehandlung der Bauteile und ihrer Oberflächen überflüssig macht.

Zudem lassen sich mit dem Multi Material Jetting unterschiedliche Werkstoffe zu einem einzigen additiv gefertigten Bauteil vereinen. Dadurch sind multifunktionale Produkte mit kombinierten Eigenschaften realisierbar. Ein implementierter Profilscanner wird zur Erfassung der Tropfenkennwerte und zur Inline-Prozessüberwachung verwendet.

Welche Anwendungen gibt es bereits?

Die Multi Material Jetting Technologie findet überall Anwendung wo Bauteile oder Baugruppen mit integrierter Funktionalität gefordert werden.

Zielmärkte:

  • Brenner- und Schweißanwendungen (überwachte und aktiv regelbare Düsen für Hochtemperaturanwendungen)
  • Präzisionswerkzeuge aus Hartmetall
  • Schmuck und Luxusuhren

Anwendungen:

  • Keramische Mischer

integrierte Aktoren (z.B. Heizer, Schwingungserzeuger, Zündquelle) für diverse miniaturisierte Komponenten mit sensorischen (z.B. zur Erfassung von Temperatur, Druck, Beschleunigung) sowie Datenübertragungsstrukturen (z.B. Antennen)

 

Das Vorhaben EXIST-Forschungstransfer CerAM_MMJ wird im Rahmen des EXIST-Programms durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und den Europäischen Sozialfonds gefördert.

Ansprechpartner

Uwe Scheithauer

Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Winterbergstr. 28
01277 Dresden

Telefon +49 351 2553-7671
Fax +49 351 2554-216

uwe.scheithauer@ikts.fraunhofer.de
http://www.ikts.fraunhofer.de

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