DER KONSTRUKTEUR 03/2025

WERKSTOFF- UND

WERKSTOFF- UND VERBINDUNGSTECHNIK0202 Im 3D-Drucker hergestellte Grünlinge können dieselbenFertigungsanlagen durchlaufen wie die Serienteile03 Planetenträger mit keramischem Ritzel für GPX12Planetengetriebe von Maxon04 Keramische Rotorwelle mit Wicklung05 Nachhaltige und reparierbare Produkte: Der Zahnringder Kleinantriebe für die Mikrozahnringpumpen von HNPMwird eingesetzt03können so Einfluss auf eine möglichst keramikgerechte Konstruktionnehmen“, erklärt Zilm. So lassen sich mehrere Bauteile ineinem funktionsoptimierten Bauteil zusammenfassen. SolcheOptimierungen sind laut Zilm umso wichtiger, als der Rohstoffpreisfür das Kilogramm Keramik etwa zehn Mal so hoch ist wieder für Stahl. „Das müssen wir durch eine deutlich verbesserteFunktionalität wie beispielsweise Verschleißfestigkeit, Temperaturstabilitätoder Schmierstofffreiheit rechtfertigen.“Die Grenzen der additiven Fertigung sind noch nicht ausgereizt.Andreas Philipp, Leiter des Competence Center CIM/MIMist sich sicher: „Wir müssen unsere Denkweise von der althergebrachtenzu 3D ändern.“ Dann eröffnen sich völlig neue Wegeund der 3D-Druck könnte eine wahre Alternative zu den etabliertenVerfahren werden.PRODUKTE UND ANWENDUNGEN0405ENTWICKLUNGSPARTNER VON ANFANG ANMittlerweile schickt der Kunde einfach eine STEP-Datei. Innerhalbkürzester Zeit erhält er ein Angebot. Nur 10 bis 14 Tage nachder Bestellung hält er bereits erste Prototypenteile in Händen.„Früher dauerte das viele Wochen oder sogar Monate und war mithohen Werkzeugkosten verbunden“, erinnert sich Zilm.Im Idealfall holt der Kunde Maxon jedoch schon von Anfang anins Boot. „Wir sind Entwicklungspartner ab der ersten Idee undBEISPIEL ROTORWELLEN AUS KERAMIKZu den wirklich kleinen Antrieben bei Maxon gehört der Motorvom Typ RE6: Bei einem Durchmesser von 6 mm bietet er eindauerhaftes Drehmoment von 0,306 mNm und eine maximaleDrehzahl von 23.000 U/min. HNP Mikrosysteme, ein Pumpenherstellersaus Schwerin, setzt sie in Mikrozahnringpumpen ein –als kundenspezifisch angepasste Antriebslösung.Zwei Varianten des Motors mit Durchmessern von 13 mm und16 mm werden in der Niederdruckbaureihe eingesetzt. DiesePumpen erzeugen einen Druck von 0 bis 5 bar und einen Volumenstromvon 0,15 bis 72 ml/min. Je nach Durchmesser des Motorssind die Pumpen zwischen 9 und 11 cm lang. Das im Jahr1996 gegründete Unternehmen ist spezialisiert auf Mikropumpenund Systeme, die kleine Flüssigkeitsmengen schnell undpräzise dosieren, wie zum Beispiel für das Pipettieren im Life-Sciences-Bereich, im Maschinen- und Anlagenbau oder auchder Luft- und Raumfahrt. Maxon ist bereits seit über 20 JahrenAntriebspartner des Pumpenherstellers und unterstützt seineInnovationen und Weiterentwicklungen, wie zum Beispiel durchmotorintegrierte Steuerungen.Zusammen mit keramischen Bauteilen von Maxon konnte hiereine besonders langlebige und nachhaltige Lösung entwickeltwerden. Die Mikropumpen fördern nicht nur Wasser, sondernauch wässrige Lösungen, Lösungsmittel, niederviskose Öle undSchmierstoffe. Unter diesen Bedingungen erweisen sich Rotorwellenaus Keramik, wie Maxon sie herstellt, als deutlich beständigerim Vergleich zu Komponenten aus dem sonst üblichenHartmetall. Dies erhöht die Lebensdauer der Pumpen, was dietechnische Lösung zugleich nachhaltiger macht. Lutz Nowotka,Teamleiter Antriebs- und Steuerungstechnik bei dem Pumpenherstellerberichtet, die winzigen Motoren seien so stabil, dasssie bis zu 30.000 Stunden laufen würden.Bilder: Maxonwww.maxongroup.com44 DER KONSTRUKTEUR 2025/03 www.derkonstrukteur.de

WERKSTOFF- UND VERBINDUNGSTECHNIKPERSPEKTIVEN FÜR DENKERAMISCHEN 3D-DRUCKDer 3D-Druck von Keramik ermöglicht Bauteilemit komplexen und filigranen Geometrien.Prototypen und Kleinserien sind ohne Werk-zeuge und Formen realisierbar. Doch wie siehtes mit der Genauigkeit, Oberflächengüte undden Kosten für das Material und die Nach-bearbeitung aus? Was sollten Konstrukteurewissen, um den 3D-Druck für anspruchsvolleAnwendungen erfolgreich nutzen zu können?Das wollte Der Konstrukteur von Stefan Zilm,Head of Business Development CIM/MIMbei Maxon, genauer wissen.Wo sehen Sie die wesentlichen technischen Vorteile, aberauch die Grenzen der additiven Fertigung von keramischenHightech-Bauteilen?Bei der Herstellung von Bauteilen mit komplexen Geometrienund inneren Strukturen, die mit herkömmlichen Methodenschwer oder gar nicht realisierbar sind, kann heutedie additive Fertigung von Keramiken punkten. Der 3D-Druck erlaubt die kosteneffiziente Produktion von Kleinserienund Einzelstücken, ohne dass Werkzeuge oder Formenbenötigt werden. Weiterhin ist ein Vorteil, dass mehrereFunktionen in einem einzigen Bauteil integriert werden können,was innovative Produktdesigns ermöglicht.Die Genauigkeit der additiv gefertigten Keramikbauteile istoft nicht so hoch wie bei konventionell gefertigten Bauteilen.Weiterhin besteht noch Optimierungsbedarf an der Oberflächengüte,wo durch Nachbearbeitung, wie Schleifen, Fräsen,Polieren die Genauigkeit erreicht und die Oberflächengüteverbessert werden kann.Was sind die größten Herausforderungen, damit derKeramikdruck zukünftig nicht nur im Labormaßstab in derEntwicklung und im Prototypenbau eingesetzt werdenkann, sondern ebenso für die Fertigung im industriellenMaßstab?Die Kosten für das Roh-Material und die Nachbearbeitungsprozessesind derzeit noch hoch. Um wettbewerbsfähig zusein, müssen diese Kosten gesenkt werden. Die Skalierungder Produktion von Prototypen zu großen Serien erforderterhebliche Investitionen in Infrastruktur und Technologie.Dies umfasst auch die Entwicklung von automatisiertenSystemen zur Handhabung und Nachbearbeitung der gedrucktenTeile.Die Akzeptanz neuer Technologien in etablierten Industrienkann langsam sein. Es bedarf daher umfangreicher Testsund Validierungen, um das Vertrauen der Industrie in dieadditive Fertigung von Keramik zu gewinnen.Stefan Zilm, Head of Business Development CIM/MIMbei Maxon, mit 3D gedrucktem Zahnrad aus ZirkonoxidBis zu welchen Stückzahlen stellt der Keramikdruck heuteschon eine wirtschaftliche Alternative zum keramischenSpritzguss dar?Der Keramikdruck ist heute bereits eine wirtschaftliche Alternativezum keramischen Spritzguss, insbesondere beiKleinserien und Prototypen. Abhängig von der Komplexitätdes Bauteils und den erforderlichen Toleranzen kann derKeramikdruck für Stückzahlen von bis zu mehre ren TausendBauteilen wirtschaftlich sein.Für sehr große Serien, die in die Zehntausende gehen, bleibtder keramische Spritzguss aufgrund seiner Effizienz undKostenvorteile oft die bevorzugte Methode. Der Keramikdruckbietet jedoch den Vorteil, dass keine teuren Formenbenötigt werden und die Produktionszeiten für Proto typenund Kleinserien deutlich kürzer sind.Welche neuen Fähigkeiten und Kenntnisse benötigenKonstrukteure, um das Rapid Prototyping von keramischenBauteilen erfolgreich einzusetzen?Konstrukteure müssen in der Lage sein, nicht nur komplexe3D-Modelle mit CAD-Software zu erstellen und zu optimieren,sondern auch dreidimensional zu denken. Hiermit istgemeint, dass man bei neuen Produktentwicklungen die3D-Technologien mitberücksichtigt und die konventionelleHerstellungsmethode gegebenenfalls hintenanstellt. Es müssenauch Kenntnisse über verschiedene additive Fertigungsverfahrenvorliegen, insbesondere solche, die für Keramikgeeignet sind, wie etwa Binder Jetting oder LithographybasedCeramic Manufacturing. Weiterhin ist auch Wissenüber die notwendigen Nachbearbeitungsschritte, wie dasSintern, Schleifen und Polieren erforderlich, um die gewünschtenMaterialeigenschaften und Oberflächenqualitätenzu erreichen.Die Fragen stellte Felix Berthold.www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2025/03 45