In der Publikation „High-strength lihtography-based additive manufacturing of ceramic components with rapid sintering” wurde eine neue Sintermethode für komplexe 3D-gedruckte Keramikbauteile untersucht, um innerhalb weniger Minuten dichte Keramiken mit gezielten Gefügeeigenschaften und mechanischen Eigenschaften zu erhalten.
Bis jetzt fand das Verdichten von additiv gefertigten Keramiken vor allem in konventionellen Sinteröfen mit Standardbedingungen statt. Ergebnis sind hier zwar meist dichte Keramiken, aber oftmals sehr grobkörnige Gefüge. In der publizierten Arbeit wurde die Methode des „radiation-assisted sinterings“ (RAS) verwendet, mit der 3D-gedruckte Alumina-Keramiken mit Heizraten von 300 bis 450 Grad Celsius pro Minute rasch gesintert wurden. Zur Herstellung der Grünkörper wurde die am Lehrstuhl für Struktur- und Funktionskeramik vorhandene Technologie „lithography-based ceramic manucaturing“ (LCM) verwendet.
Es konnte gezeigt werden, dass mit dem angewandten „radiation-assisted sintering“ (RAS) erfolgreich lithographisch additiv gefertigte Alumina-Keramiken in wenigen Minuten verdichtet werden können im Vergleich zu mehreren Stunden. Für RAS wurde die Sinterform einer „spark plasma sintering“ (SPS)-Anlage modifiziert, um das Verdichten von komplexen Geometrien (z. B. Turbocharger engine rotor) zu ermöglichen, ohne das Bauteil mit direktem Druck bzw. elektrischem Strom zu belasten.
Mit dem Sinterverfahren konnten feinkörnige Gefüge mit Korngrößen kleiner als 1µm und relativen Dichten von etwa 99 Prozent erreicht werden - mit einem weitaus geringeren Energieaufwand von 1 Megajoule im Vergleich zu 25 Megajoule bei konventionellem Sintern. Die mechanische Festigkeit der RAS gesinterten Alumina-Proben lag bei ca. 800 Megapascal, vergleichsweise hoch zu Standard-Sinterbedingungen (rund 600 Megapascal).
Die Ergebnisse zeigen, dass RAS eine neue Möglichkeit wäre, um die Gefügeeigenschaften von additiv gefertigten Keramiken zu optimieren und dadurch mechanische als auch funktionelle Eigenschaften zu verbessern. In Zukunft könnte das Sinterverfahren auch auf biomedizinische, magnetische, optische, katalytische bzw. Elektrokeramiken angewandt werden.
Weitere Infos
Univ.-Prof. Dr. Raúl Bermejo Moratinos
Lehrstuhl für Struktur- und Funktionskeramik
E-Mail: raul.bermejo@unileoben.ac.at
Tel.: 03842 402 4100
