Was ist Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM)?
Keramik – eine Herausforderung für den 3D-Druck
Keramische Materialien sind in der additiven Fertigung aufwendiger zu verarbeiten als die bereits etablierten Kunststoff- oder Metall-basierten Werkstoffe. Partikel aus Keramik lassen sich nur unter höchster Temperatureinwirkung (> 1.600 °C) aufschmelzen und zu einem festen Körper verarbeiten. Deswegen können reine Keramik-Bauteile mit den additiven Standard-Verfahren wie selektives Lasersintern (SLS) oder Laserschmelzen (SLM) nicht in der erforderlichen Dichte und Härte produziert werden. Um dennoch die Vorteile des 3D-Drucks mit den vielen positiven Materialeigenschaften der Keramik verbinden zu können, werden die 3D-Objekte in einem mehrstufigen Prozess hergestellt. Mit dem Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM) entstehen aus keramischen Werkstoffen präzise und qualitativ hochwertige Bauteile, die zum Beispiel in der Mikroelektronik, der Plasmatechnik oder für Hochtemperaturanwendungen verwendet werden.
Vom Grünkörper zum Präzisionskunstwerk
Im ersten Fertigungsschritt wird aus einer Keramik-Monomer-Lösung ein Grünkörper aufgebaut. Dafür wird die Flüssigkeit im Stereolithographie-Verfahren Schicht für Schicht durch gerichtete UV-Strahlung erhärtet, bis die geplante Form vollendet ist. Die UV-Strahlung löst einen Polymerisationsprozess aus, durch den sich die Kunststoffbestandteile der Suspension verbinden und verfestigen und sich so schichtweise zu einem 3D-Objekt aufbauen lassen. Der fertige Grünkörper besteht nun zu einem Teil aus Keramik und zum anderen Teil aus Kunststoff. Um ein reines Keramik-Objekt zu erhalten, werden dem Produkt anschließend beim thermischen Entbindern die Kunststoffanteile entzogen: Bei Temperaturen bis 1.600 °C wird der Kunststoff zersetzt, sodass ein poröser Keramikkörper zurückbleibt. In einem finalen Sinterprozess wird das Bauteil verdichtet – dabei entsteht ein 3D-Objekt mit über 99 % der theoretischen Dichte. Während des Sinterprozesses schrumpft der Keramikkörper. Dieser Umstand muss in der Objektplanung beachtet werden, damit das Endprodukt innerhalb der angegebenen Toleranzen bleibt. In der Regel wird der durch die Nachbehandlung entstandene Größenunterschied von der CAD-Software automatisch berechnet.
