Die Neuanschaffung der Montanuniversität Leoben entspringt einer Forschungskooperation der beiden Leobener Departments für Werkstoffwissenschaft und Kunststofftechnik im Bereich des Designs, der Herstellung und der Charakterisierung von neuen Materialien mit verbesserten Struktur- und Funktionseigenschaften. Gemeinsam arbeitete man bereits bei verschiedenen Projekten mit der Firma Lithoz zusammen.
Neue Funktionalitäten erfordern Werkstoff-Kombinationen
„Neue Funktionalitäten erfordern meist die Kombination von verschiedenen Werkstoffen beziehungsweise Materialklassen wie zum Beispiel Metall, Polymer oder Keramik, welche aufgrund ihrer unterschiedlichen thermo-physikalischen Eigenschaften sehr schwierig zusammen verarbeitet werden können. Insbesondere die Realisierung von Bauteilen mit komplexen Geometrien stellt eine große Herausforderung dar“, erklärt Univ.-Prof. Dr. Raul Bermejo Moratinos vom Lehrstuhl für Struktur- und Funktionskeramik.
„Erst die Entwicklung von sogenannten additiven Fertigungsverfahren ermöglicht die Verarbeitung von unterschiedlichen Werkstoff-Kombinationen zur Herstellung komplexer Bauteile.“
Die Forschung in Leoben soll dazu beitragen, Designrichtlinien in Bezug auf Struktur- und Funktionseigenschaften für künftige 3D-gefertigten Materialien zu entwickeln. „Konkrete Beispiele dafür sind Hochleistungskeramiken für die Biomedizin wie zum Beispiel Zahnimplantate oder Hüftgelenke, 3D-Architekturen mit eingestellten Funktionseigenschaften wie beispielswiese Dielektrika beziehungsweise Piezoelektrika für die Mikroelektronik, Kühlkörper für die Elektronikindustrie oder auch gefüllte Photopolymere für die additive Fertigung von Brillengestellen oder Zahnersatzmaterialien“, führt Assoz.Prof. Dr. Thomas Grießer vom Lehrstuhl für Chemie der Kunststoffe an.
Der 3D-Druck-Prozess
Das eingesetzte Verfahren basiert auf der Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM)-Technologie. Ausgehend von einem CAD-Modell ist der erste Schritt des Prozesses die Arbeitsvorbereitung und -verbesserung. Die Informationen für das Bauteil werden direkt vom Computer digital auf das CeraFab-System übertragen.
Die mit Keramikpartikeln gemischte Flüssigkeit, der sogenannte Schlicker, wird automatisch dosiert und auf eine transparente Wanne aufgetragen. Die bewegliche Bauplattform wird in den Schlicker getaucht, dieser wird dann selektiv sichtbarem Licht von unterhalb der Wanne ausgesetzt und ausgehärtet. Das Schichtbild wird über eine digitale Mikrospiegel-Vorrichtung (DMD) in Verbindung mit einem hochmodernen Projektionssystem erzeugt.
Durch die Wiederholung dieses Prozesses kann ein dreidimensionales „Grünteil“ Schicht für Schicht erzeugt werden. Beim Ausheizen wird das Bindemittel entfernt und danach werden die Bauteile gesintert, wodurch vollständig dichte Keramikbauteile entstehen.
Ziel ist die Realisierung sogenannter „digitaler Materialien“ beziehungsweise „digitaler Bauteile“, wobei Eigenschaften wie zum Beispiel Farbe und mechanische Festigkeit dreidimensional und selektiv innerhalb des Bauteils modifiziert werden können.
Modernste Ausstattung auch für Lehre
„Neben der Forschung wird der neue 3D-Drucker an der Montanuniversität Leoben auch im Masterstudium Werkstoffwissenschaft zum Einsatz kommen“, kündigt Bermejo an. „Neben Metallen und Polymeren können wir in der Lehre nun alle Materialklassen als Werkstoffe für die additive Fertigung abbilden.“
Ergänzende Industrieerfahrung können die Leobener Studierenden durch Praktika im Bereich 3D-Fertigung bei der Firma Lithoz sammeln.
