Materialextrusion (Robocasting)

Materialextrusion (Robocasting)

Quelle: Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg

Autor / Gate Keeper

• Prof. Dr. Nahum Travitzky
• Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg
• Department Werkstoffwissenschaften
• Institut für Glas und Keramik
• Martensstraße 5
• 91058 Erlangen
   
• Tel.: +49 9131 85-28775
  Fax: +49 (0) 9131 8528311
• E-Mail:nahum.travitzky@fau.de

Robocasting ist ein generatives Fertigungsverfahren, welches auf der computergesteuerten schichtweisen Extrusion von Pastenfilamenten zur Erzeugung komplexer 3D-Strukturen beruht (Abb. 1) [1, 2, 3, 4]. Als Ausgangsmaterial werden hochgefüllte und wasserbasierte kolloidale Pasten aus Metall-, Glas-, und Keramikpartikeln  verwendet [3, 4]. Voraussetzung ist jedoch, dass diese Pasten anpassende rheologische Eigenschaften aufweisen. Zur Pastenherstellung wird im Allgemeinen von einem wässrigen, elektrosterisch stabilisierten Schlicker mit hohem Feststoffgehalt ausgegangen. Durch Zugabe von einem Koagulator wird eine Gelierung eingeleitet. Der Organikanteil von Robocastingpasten ist gering, sodass kein gesonderter Entbinderungsschritt vor dem Sintern nötig ist. Durch Variation der Düsengeometrie beim Robocasting ermöglicht das Drucken von Voll- und Hohlfilamentstrukturen sowie verschiedenen Formen von Filamenten (eckig, rund) (Abb. 2). Vorteile gegenüber anderen generativen Verfahren sind vor allem die hohe Geschwindigkeit (bis 100 mm/s), die variablen Filamentdurchmesser sowie -geometrie und der geringe Organikanteil in Pasten, welcher vorteilhaft ist hinsichtlich Umweltverträglichkeit, Kosten und Prozessführung. Abb. 2 zeigt als Beispiel eine großformatige Robocasting-Gitterstruktur sowie deren CT-Aufnahme und Mikrostruktur mit Hohlfilamenten, die als Katalysatorträger, Biomaterial (Knochen- und Dentalprothesen) oder Filter für Metallschmelzen eingesetzt werden können.

Abb. 1:   Schemazeichnung des Robocasters [2]

Abb. 2:   a): Al₂O_3-Gitterstruktur, die durch Robocasting hergestellt und bei 1600 °C gesintert wird; b): µ-CT-Aufnahme mit Hohlfilamenten [2, 4].

Literatur

[1]          Z. Fu, M. Freihart, T. Schlordt, T. Kraft, T. Fey, P. Greil, and N. Travitzky, "Robocasting of Carbon-Alumina Core-Shell Composites Using Co-extrusion," Rapid Prototyping Journal, acceptet (2016).

[2]          T. Schlordt, F. Keppner, N. Travitzky, and P. Greil, "Robocasting of Alumina Lattice Truss Structures," Journal of Ceramic Science and Technology, 3 [2] 81–88 (2012).

[3]          N. Travitzky, A. Bonet, B. Dermeik, T. Fey, I. Filbert-Demut, L. Schlier, T. Schlordt, and P. Greil, "Additive manufacturing of ceramic-based materials," Advanced Engineering Materials, 16 [6] 729-54 (2014).

[4]          T. Schlordt, S. Schwanke, F. Keppner, T. Fey, N. Travitzky, and P. Greil, "Robocasting of alumina hollow filament lattice structures," Journal of the European Ceramic Society, 33 [15-16] 3243–48 (2013).