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Additive Fertigung Transparente, keramische Mikrobauteile aus dem Drucker

Von Susanne Braun 2 min Lesedauer

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Bundesamt für Materialforschung
Beta LAYOUT GmbH
Eurocircuits GmbH
DMB Technics AG

Die Produktion von Bauteilen im Mikro- oder Nanometerbereich ist eine komplexe Aufgabe, wenn sie mittels 3D-Druck bewerkstelligt wird. An der Bundesanstalt für Materialforschung wurden transparente Tinten mit Keramikteilchen für die additive Fertigung von Mikrobauteilen entwickelt.

Ein transparenter Minitatur-Rover und Landesphäre gedruckt aus Keramik mit Details von wenigen Mikrometern.(Bild: BAM)
Ein transparenter Minitatur-Rover und Landesphäre gedruckt aus Keramik mit Details von wenigen Mikrometern.
(Bild: BAM)

Der 3D-Druck wird oftmals als flexible, kostengünstige und ressourcenschonende Alternative für klassische Fertigungstechniken angesehen, doch insbesondere, wenn es an die Produktion von Bauteilen im Mikro- und Nanometerbereich geht, tun sich einige Schwächen auf. Dass der 3D-Druck im Vergleich zu anderen Mikrofertigungstechniken wie die Lithografie langsam ist und sich deswegen nur eingeschränkt für die Serienfertigung eignet – geschenkt.

Während sich einfache Strukturen aus Kunststoffen mit hochauflösenden SLA- oder DLP-Druckern relativ unkompliziert herstellen lassen, wird es bei winzigen Bauteilen im Mikro- oder Nanometerbereich deutlich komplexer. Hochpräzise Verfahren wie die Zwei-Photonen-Polymerisation (TPP) ermöglichen zwar äußerst feine Strukturen, erfordern aber teure Spezialgeräte und aufwendige Nachbearbeitung.

Zudem eignet sich nicht jedes Material für den Mikro-3D-Druck. Technische Keramik ist etwa spröde und lässt sich nur schwierig in komplexe Formen bringen. Eigenschaften wie Hitzebeständigkeit, Härte, chemische Beständigkeit und elektrische Isolation machen sie aber zu einer attraktiven Option in vielen Hightech-Bereichen.

Wie aber kann der 3D-Druck von Mikrobauteilen aus Keramik mit den Miniaturisierungstrends mithalten? Eine Nachwuchsgruppe aus Forschern der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) hat eine interessante Lösung gefunden.

Transparente Tinte mit Keramikteilchen

Für eine hohe Druckqualität in der additiven Fertigung müssen die Materialmischung, Druckparameter und Nachbearbeitung optimal aufeinander abgestimmt werden. Besonders herausfordernd ist die Entwicklung transparenter „Tinten“ mit Keramikpartikeln, die für hochauflösende Druckverfahren essenziell sind. Die Forschungsgruppe TransNanoAF unter Johanna Sänger hat Nanopartikel-basierte Tinten entwickelt, die trotz keramischer Bestandteile durchsichtig bleiben.

„Mit unserer Forschung wollen wir für den 3D-Druck keramischer Mikrobauteile neue Anwendungsfelder erschließen und diese Technologie in die Industrie bringen. Besonders im Bereich der Medizintechnik und optischer Komponenten wie Lichtleiter bietet unsere Forschung großes Potenzial für Innovationen“, so Johanna Sänger. Die BAM unterstützt das Projekt dabei mit modernster Infrastruktur, finanzieller Förderung und ihrer langjährigen Expertise in additiver Fertigung und Nanopartikelanalyse. (sb)

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