DER KONSTRUKTEUR 03/2025

WERKSTOFF- UND

WERKSTOFF- UND VERBINDUNGSTECHNIKVOM PROTOTYP ZUR KLEINSERIEGEDRUCKTEKERAMIKBEWEGT WASKatharina Wenzelis, Marketingreferentin,Maxon Motor GmbH, SexauPRODUKTE UND ANWENDUNGENHochleistungskeramik ist überall dort gefragt, wo es auf Verschleißfestigkeit,Gleiteigenschaften, Biokompatibilität oder chemische Beständigkeit ankommt. EinSchweizer Hersteller von Antriebstechnik verfügt auch im Bereich der technischen Keramiküber ein umfassendes Know-how und modernste Fertigungsmöglichkeiten – vom CeramicInjection Molding (CIM) über den keramischen 3D-Druck für Prototypen und Kleinserien bishin zur Nachbearbeitung. Das Ergebnis ist eine herausragende Präzision, Qualität undLanglebigkeit. Der Beitrag beleuchtet aktuelle Möglichkeiten der additiven Fertigung vonkeramischen Bauteilen und wie sich der innovative Werkstoff in Antriebslösungen bewährt.Das Schweizer Unternehmen Maxon ist bekannt für seineAntriebstechnik, die es in verschiedenen Rovern derNASA bis auf den Mars gebracht hat. Weniger bekanntist der Hightech-Bereich technische Keramik in Sexaubei Freiburg. Keramische Komponenten stellt man dort nun auchim 3D-Druck her und treibt sie mittels Laser zur Perfektion. Wasmit dem keramischen 3D-Druck möglich ist, zeigt zum Beispielder von Maxon gefertigte Gecko aus Aluminiumoxid im Aufmacherfoto,der aus mehreren Gliedern besteht.„Was ist verschleißfester als Stahl und lässt sich zu Achsen undWellen für unsere Planetengetriebe verarbeiten, um sie noch zuverlässigerund präziser zu machen?“ Diese Frage stellte mansich vor mehr als 20 Jahren beim Antriebsspezialisten Maxon.Stefan Zilm, Leiter Business Development im Competence CenterCIM/MIM in Sexau, kennt die Antwort: Keramikkomponenten,hergestellt im Keramikspritzgussverfahren, ein dem Metallspritzgussartverwandter Vorgang. Heute verfügt das Unternehmenüber ein immenses Know-how in Sachen technischer Keramik.42 DER KONSTRUKTEUR 2025/03 www.derkonstrukteur.de

WERKSTOFF- UND VERBINDUNGSTECHNIKDoch es geht auch anders und schneller: Nämlich über den 3D-Druck. Während der Kunststoff- und Metalldruck bereits seit einigenJahren in die industrielle Produktion integriert ist, befindetsich der Keramikdruck indes noch auf dem Sprung vom Labor indie Werkshallen. Die Vorteile schienen jedoch zu verlockend, sodassdas Unternehmen bereits vor etwa fünf Jahren erste Versuchestartete, um Kunden schneller Prototypen ihrer Keramikbauteileliefern zu können. Zilm erklärt: „Per 3D-Drucker lassen sichdie ersten zwei bis drei Entwicklungsschleifen viel einfacher undschneller bewältigen.“ Nach reiflicher Marktforschung fiel dieEntscheidung für einen Drucker des französischen Herstellers3DCeram, welcher den eigenen Bedürfnissen angepasst wurde.„Uns haben vor allem die Präzision und die recht große Druckflächevon 300 auf 300 Millimetern überzeugt“, erzählt Zilm.Der Drucker basiert auf dem Stereolithografie-Verfahren, beidem ein Laser eine Emulsion aus Bindemittel und keramischemPulver verfestigt und so ein Bauteil Schicht für Schicht von untennach oben aufbaut. Die Schichtdicke beträgt zwischen 0,025 und0,125 mm. Nachdem eine Schicht aufgetragen wurde, fährt dasDruckbett einen Schritt nach unten. Das sorgt für gleichmäßigeSchwindung beim Härten und hohe Präzision sowie die Wiedergabekleinster Details. Ein Gerüst wird dabei nicht benötigt. Einebesondere Stärke der Anlage ist, dass sich damit auch besonderskleine Teile mit einem Volumen von lediglich 50 mm 3 herstellenlassen.3D-DRUCK ERMÖGLICHTFEINE GEOMETRIEN UNDHOHLE STRUKTURENMittels Keramikspritzguss (auch CIM, von englisch: Ceramic InjectionMolding) entstehen Serienbauteile in Stückzahlen vonmehreren Zehntausend. Doch bei aller Erfahrung: Ob eine neueIdee wirklich zündet, ein Teil aus Keramik überhaupt realisierbarist und sich so verhält wie geplant, das stellt sich selbst unterEinsatz aktueller Konstruktionsmethoden wie CAD, Finite-Element-Berechnungen (FEM) und Simulation oft erst in derRealität heraus.Der herkömmliche Weg eines keramischen Bauteils von derIdee zum realen Teil ist jedoch zeit- und kostenintensiv. Es bedarfeiner teuren Form, um den zu sinternden Grünling herzustellen.Anschließend wird er in einem aufwendigen Prozess gedreht undgefräst, gesintert und nochmals schleiftechnisch bearbeitet. „Dasist für ein erstes Muster recht aufwendig, es kostet viel Zeit undGeld“, sagt Zilm.Für keramische Bauteile werden, je nach Anforderungsprofil,meist Zirkon- oder Aluminiumoxid eingesetzt. Es sind die „BrotundButter-Werkstoffe“ der technischen Keramik. Beide gibt esals Emulsion für den 3D-Drucker. Entbinderung und Sintertechnikentsprechen dem keramischen Spritzgussverfahren, sodassdie im 3D-Drucker hergestellten Grünlinge dieselben Fertigungsanlagendurchlaufen können wie die Serienteile. Abhängig vonder Komplexität des gewünschten Bauteils und dem nötigen Toleranzniveausind auch Kleinserien möglich und eine sehr guteAlternative zum keramischen Spritzguss.Dem Verfahren sind durch den Durchmesser des UV-LaserstrahlsGrenzen gesetzt. Er bestimmt, wie dünn die produziertenWanddicken sein können. Gereinigt werden die Teile mittelsDruckluft und einem Additiv, um das überflüssige Material vomBauteil zu lösen. Bohrungen von 0,5 mm und kleiner lassen sichdamit nicht ganz so perfekt rund wie im Spritzgussverfahren herstellen,was für Prototypen jedoch in der Regel völlig ausreicht.01 Der keramische 3D-Drucker von 3DCeram, den Maxoneinsetzt, überzeugt durch die hohe Präzision und eine relativgroße Druckfläche von 300 x 300 mm01KERAMIK AUS DEM DRUCKERwww.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2025/03 43