Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Hochleistungskeramiken weisen Kombinationen von Eigenschaften auf, die andere Werkstoffklassen nicht erreichen. Sie zeichnen sich durch eine sehr hohe thermische, chemische und mechanische Beständigkeit aus und haben in der Regel auch eine geringere Dichte als Metalle. Allerdings erschweren diese herausragenden Eigenschaften auch die Bearbeitung der Bauteile und damit die Realisierung komplexer Bauteilgeometrien.
Durch die Adaption von additiven Fertigungsverfahren für keramische Werkstoffe (CerAM), können keramische Bauteile komplex geformt, weiter funktionalisiert und miniaturisiert werden – so wie es bei anderen Werkstoffklassen üblich ist. Infolgedessen können hochkomplexe keramische Bauteile wirtschaftlich hergestellt werden, wobei die Nachbearbeitung reduziert wird oder sogar gänzlich entfällt. Additiv gefertigte Keramiken sind nun erstmals eine echte Alternative zu Bauteilen aus Polymeren und Metallen, insbesondere für Anwendungen in rauen Umgebungen.
Neben Keramiken bearbeitet das Fraunhofer IKTS auch andere Werkstoffe mit der gleichen Prozesskette, z. B. Hartmetalle und Cermets, Pulvermetalle, Gläser sowie Verbundwerkstoffe aus verschiedenen Werkstoffklassen.
Herstellung von Bauteilen aus mehreren Werkstoffen (Hybridisierung)
Die Funktionalitäten von additiv gefertigten Keramikkomponenten lassen sich durch die Integration zusätzlicher Werkstoffe weiter steigern. Dies kann unter Beibehaltung einer hohen strukturellen Integrität erreicht werden, indem Funktionswerkstoffe auf die Bauteiloberflächen aufgebracht oder direkt im Bauteil während des Formgebungsprozesses eingebracht werden. Hierbei verfolgen wir zwei verschiedene Fertigungsstrategien: Zum einen werden die verschiedenen Werkstoffe während der Formgebung kombiniert, d. h. vor dem Wärmebehandlungsprozess (simultane Fertigung) und zum anderen werden die zusätzlichen Werkstoffe erst nach der thermischen Behandlung des ersten Werkstoffs aufgebracht (sequenzielle Fertigung). Damit lassen sich folgende Eigenschaftskombinationen und beispielhafte Anwendungen realisieren:
- Dicht und porös: katalytische Trägerstrukturen, Filter
- Leitfähig und isolierend: Integration von elektrisch leitfähigen Bahnen, Sensoren (z. B. Thermoelemente) oder Aktoren (z. B. elektrische Heizungen)
- Kombination von verschiedenen Farben
