Vollständiger Leitfaden: Keramische und organische Materialien im 3D-Druck

Im Laufe der Jahre hat die additive Fertigung ein exponentielles Wachstum erfahren. Im 3D-Druck gibt es zahlreiche Technologien, bei denen Objekte durch aufeinanderfolgende Schichten aufgebaut werden. Zu Beginn waren die Materialien für den Druck knapp, aber nach und nach und dank der Forschung und Entwicklung konnten die Anzahl und die Arten der Materialien erweitert werden. Die bekanntesten sind Metalle, PLA, ABS, Harz, PET und Nylon. Heute geht es um zwei Gruppen, die weniger bekannt sind, aber zunehmend an Bedeutung gewinnen: keramische und organische Materialien.

KERAMISCHE MATERIALIEN

KERAMIK

Wenn wir von Keramik sprechen, denken wir oft an die traditionelleren Materialien wie Ton oder Porzellan. Es gibt jedoch auch technische Keramik für fortgeschrittene Anwendungen. Derzeit gibt es zwei Hauptgruppen von technischer Keramik auf dem Markt: Oxide und Nicht-Oxide. Zur ersten Gruppe gehören die Metalloxide Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid und Siliziumdioxid, zur zweiten Gruppe Materialien wie Siliziumkarbid, Siliziumborid oder Siliziumnitrid. Die Verwendung dieser Materialien ist ideal für Teile, die eine hohe Temperatur- und Verschleißbeständigkeit erfordern. Ein keramischer 3D-Drucker kann verschiedene Herstellungsverfahren verwenden, von der Pulverbindung über die Stereolithografie bis hin zur Extrusion. In unserer Auflistung erfahren Sie mehr über die verschiedenen auf dem Markt erhältlichen Keramik-3D-Drucker.

SAND

Auch Sand könnte unter den Begriff Keramik fallen. Er wird für die Herstellung komplexer Teile verwendet, vor allem für die Herstellung von Gussformen. Die Verwendung dieses Materials reduziert den Abfall und spart Energie, außerdem ist die Herstellungszeit wesentlich kürzer als bei anderen Verfahren. Es kann für die Massenproduktion von Fertigprodukten oder für die Herstellung von Prototypen mit Maschinen wie die S-Max Flex von ExOne verwendet werden. In diesem Video sehen Sie ein Beispiel dafür, wie das Unternehmen Sandhelden Sand als Hauptproduktionsmittel beim Spritzgießen für die Herstellung von Badezimmerkollektionen verwendet.

ZEMENT

Zement ist Teil der keramischen Werkstoffe und ergibt zusammen mit Gesteinskörnungen und Wasser eine einheitliche Betonmischung, die für den 3D-Druck geeignet ist. So hat die additive Fertigung im Bausektor zunehmend an Bedeutung gewonnen, wie wir bereits bei verschiedenen Projekten wie 3D-gedruckten Häusern gesehen haben. Die Verwendung von Beton als Baumaterial ist sehr wirtschaftlich, während die Preise für Drucker von 160.000 bis über 1 Million Euro reichen. Einige der auf dem Markt erhältlichen Drucker sind der Apis Cor House-Drucker oder der Crane von WASP. Die Schnelligkeit ist einer der Vorteile, die den Druck dieser Maschinen kennzeichnen, wie das folgende Video zeigt, in dem sie ein Haus in nur 48 Stunden bauen!

STEIN

Stein ist eine weitere keramische Option, die sich für die additive Fertigung eignet. Das Material wird hauptsächlich in Form von Filamenten für FDM/FFF-3D-Drucker verwendet. Die Steinfäden bestehen dabei aus einer Mischung aus Gips und Kunststoff. Zu den Herstellern, die beide Filamente anbieten, gehören ColorFabb und Formfutura. Das Erstaunliche an diesen Filamenten ist, dass sie tatsächlich wie Stein aussehen und sich auch so anfühlen. Dies macht sie ideal für dekorative Anwendungen, die ein natürliches Aussehen erzielen sollen.

ORGANISCHE MATERIALIEN

BIOLOGISCHE STOFFE

Nachdem wir uns mit den keramischen Werkstoffen beschäftigt haben, wollen wir uns nun den organischen Werkstoffen zuwenden und mit dem Bioprinting beginnen. Bioprinting ist der 3D-Druck einer „Biotinte“. Dieses Druckmaterial besteht aus zellulärem Material und kann zur Herstellung von Haut, Gewebe, Sehnen oder sogar Organen verwendet werden. Der Druckvorgang erfolgt durch schichtweises Auftragen mit einem Laser oder einer Spritze, je nach Art des Bioprinters. Noch vor einigen Jahren hätte man es für unmöglich gehalten, ein 3D-druckbares Material zu entwickeln, das komplexe biologische Gewebe nachahmt. Heute ist dies dank des großen Potenzials des 3D-Drucks möglich.

Bioprinter BIO V1 (Bildnachweis: Regemat)

HOLZ

Holz ist ein organisches Material, das hauptsächlich in Form von Filamenten, ähnlich wie Stein, für FDM/FFF 3D-Drucker verwendet wird. Es gibt jedoch auch Lösungen wie das Desktop Metal Shop System™ – Forust Edition, bei dem Binder Jetting für den 3D-Druck von Holz verwendet wird. Die Filamente für den 3D-Druck enthalten 30-40 % Holzfasern und 60-70 % Polymer. Zu den Herstellern, die diese Filamente anbieten, gehören ColorFabb und Formfutura. Das Interessante an diesen Materialien ist, dass sie sowohl optisch als auch haptisch dem Holz sehr ähnlich sind. Sie können auch für die Herstellung von nachhaltigeren Fertigteilen verwendet werden.

(Bild: Forust)

WACHS

Dieses organische Material wird hauptsächlich zum Gießen verwendet, sei es für mechanische Teile, Kunstwerke, in der Zahnmedizin oder für die Herstellung von Schmuck. Was das Material betrifft, so wird M3 Hi-Cast beispielsweise mit den 3D-Druckern ProJet MJP 3600W und 3600W Max von 3D Systems verwendet. Außerdem ist das Unternehmen Solidscape  von Stratasys auf 3D-Wachsdruckmaschinen spezialisiert ist und Modelle wie den 3Z Studio, 3Z Pro und MAX2 anbietet. Sie funktionieren ähnlich wie FDM-Drucker für Kunststoff, enthalten aber in jeder Schicht ein Fräswerkzeug, um sie einheitlich und eben zu machen. Zusätzlich bietet 3D Systems die Serien ProJet MJP 3600W oder Projet MJP 2500W an, die ideal für die Schmuckherstellung sind.

LEBENSMITTEL

Wie wir sehen können, hat der 3D-Druck eine Vielzahl von Anwendungen. Wer hätte gedacht, dass wir heute Lebensmittel mit 3D-Druckern drucken können? Nudeln, Eiscreme, Schokolade, Speck, Steak… der 3D-Druck revolutioniert die Küche! Und wenn Sie sich fragen, ob es 3D-Lebensmitteldrucker gibt, lautet die Antwort: Ja. Dazu gehören Foodini von Natural Machines, Brill 3D Culinary Studio, Mycuisini 2.0 oder Choc Creator V2 Plus für den Schokoladendruck.

Der Foodini 3D-Drucker (Bild: Natural Machines)

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