Rheinbach - Entwicklung keramischer Produkte beschleunigen

Szene
Serienluft
geschnuppert
Entwicklung keramischer
P r o d u k t e b e s c h l e u n i g e n
Die „Time-to-Market“ beeinflusst maßgeblich den Wettbe
werbserfolg eines Produkts. Gerade die Kunststoff-Verarbeiter
nutzen daher intensiv die Techniken des Rapid Prototyping.
Doch immer wieder setzt sich nun die technische Keramik
gegen die Werkstoff-Konkurrenz aus Metall oder Kunststoff
durch. Entwickler und Konstrukteure begeistert dabei vor allem
die Kombination der extremen Materialeigenschaften. Von der
Idee bis zur Produktion ist es jedoch oft ein langer Weg. Mit
dem Vakuum-Heißgießen, dem Gefriergießen und dem 3DDruck stehen aber auch der Keramik-Industrie drei schnelle
Methoden zur Herstellung von Design- und Funktionsmodellen
zur Verfügung.
Schnell und kostengünstig: Ein im 3D-Druck gefertigter Keramik-Prototyp ist
meist schon in zwei bis drei Tagen einsatzbereit
Die schnellste RP-Technologie für Keramik-Entwicklungen ist derzeit der
3D-Druck.
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| | Time to Market 02/2007
Szene
Als strategischer Faktor bei der Entwicklung
neuer Produkte und Bauteile fällt den Verfahren des Rapid Prototyping entscheidende Bedeutung zu. Das gilt heute für nahezu alle
Branchen – auch für die Keramik-Industrie.
Hier sind es Vorteile bei Abrieb und Korrosion,
die Entwicklungsingenieure zu einem KeramikWerkstoff führen, dort erweisen sich thermische oder elektrische Kriterien als entscheidend.
Filterelemente
und
Sensoren,
Elektroisolatoren und Messfühler, Ventilstößel
und Dichtungen – keramische Bauteile begegnen einem inzwischen in fast allen Branchen.
Insbesondere in der Hochtemperaturtechnik
sind Keramik-Werkstoffe nahezu unverzichtbar.
Um allerdings eine „keramische Idee“ von der
Entwicklung bis zu Seriereife zu bringen, bedarf es umfassender Kenntnisse über Anwendungen, Materialien und Verfahren. Mit einem
ganzheitlich angelegten Dienstleistungsangebot kann bspw. das Werkstoffzentrum Rheinbach den Prozess von der Produktidee bis zur
Produktion durchgehend begleiten – und entscheidend beschleunigen.
Hierzu Dr. Wolfgang Kollenberg, Geschäftsführer des Werkstoffzentrums Rheinbach: „Im direkten Vergleich zu anderen Materialien stärkt
der Einsatz schneller RP-Technologien die
Wettbewerbsfähigkeit der Keramik-Werkstoffe
erheblich und macht sie für Entwicklungsin
genieure immer interessanter“. Bei der Entwicklung keramischer Produkte setzt sein
Dienstleistungsunternehmen inzwischen drei
RP-Methoden ein: Das Vakuum-Heißgießen,
das Gefriergießen und den 3D-Druck. Je nach
Verfahren lassen sich damit nicht nur Designund Konzeptmodelle für Sichtprüfungen anfertigen, sondern – und darauf liegt der Schwerpunkt – auch belastbare Funktionsprototypen
für seriennahe Praxistests.
Kontakt
Cadfem GmbH, Grafing b. München
Werkstoffzentrum Rheinbach GmbH, Rheinbach
Prof. Dr. Wolfgang Kollenberg
Tel.: 02226/169810
Fax: 02226/169866
[email protected]
www.werkstoffzentrum.de
Für die Herstellung keramischer Prototypen mit hoher Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit empfiehlt sich das Vakuum-Heißgießen.
vordeponiertes Keramikgranulat und baut die
Strukturen schichtweise auf. Diese Methode
ermöglicht die sehr schnelle und kostengünstige Herstellung komplexer und ineinander verschachtelter Objekte. Die abschließende Verfestigung erfolgt durch den Sinterprozess. Ein
im 3D-Druck gefertigter Keramik-Prototyp ist
meist schon in zwei bis drei Tagen einsatzbereit, womit sich die gesamte Entwicklungszeit
um Wochen oder gar Monate verkürzen lässt.
In wenigen Stunden einsatzbereit
Je nach Stadium einer Produktentwicklung
können alle drei RP-Verfahren beim Werkstoffzentrum Rheinbach in Anspruch genommen
werden. Von immer größerer Bedeutung wird
dabei die schnelle Bereitstellung von Funktionsmodellen, die sich für Einbauversuche oder
Belastungstests nutzen lassen. „Viele der von
uns erstellen Prototypen haben bereits die Luft
der Serie geschnuppert. Denn es hat sich inzwischen herum gesprochen, dass sich mit
den RP-Techniken hochwertige Keramik-Modelle realisieren lassen, die den Serienbedingungen sowohl werkstofftechnisch als auch
funktionell extrem nahe kommen“, berichtet
Wolfgang Kollenberg.
Das Vakuum-Heißgießen empfiehlt sich insbesondere für die rasche und kostengünstige
Herstellung keramischer Prototypen mit hoher
Oberflächenqualität und Detailgenauigkeit. Die
heiße Gießmasse – eine viskose Wachs-Keramik-Suspension – wird in eine Silikonform gegossen und nach dem Abkühlen in der Form
vom Binder befreit. Beim anschließenden Sintern erhält sie ihre keramischen Eigenschaften.
Inklusive der Anfertigung des Urmodells für die
Silikonform nimmt dieser Prozess etwa sechs
bis zehn Tage in Anspruch.
Beim Gefriergießen hingegen kommt ein wässriger Schlicker zum Einsatz, der – nach dem
Abgießen in eine Silikonform – bei Temperaturen von bis zu -50 °C gefrostet wird. Dabei
bilden sich Eiskristalle, deren Dimensionen
durch Additive exakt gesteuert werden können.
So lassen sich die Größe und Menge der Poren
im keramischen Gefüge einstellen. Auf diesem
Weg entstehen dichte bis hochporöse Gefüge
– auch mit gerichteter Porosität. Das gefrorene
Wasser wird mittels Sublimation entfernt; anschließend folgt der keramische Brand. Mit
diesem Verfahren ist der Prototyp in vier bis
acht Tagen fertig gestellt.
Die derzeit schnellste RP-Technologie für Keramik-Entwicklungen ist der 3D-Druck. Das
Schichtbau-Verfahren kommt ohne Formwerkzeuge aus und bezieht die für das Bauteil erforderlichen Geometriedaten direkt aus den
Datensätzen etablierter 3D CAD-Programme.
Vergleichbar mit einem Tintenstrahldrucker
sprüht der 3D-Printer einen Flüssigbinder auf
Dr. Wolfgang Kollenberg:
„Der Einsatz der RPTechnologien stärkt die
Wettbewerbsfähigkeit
der Keramik-Werkstoffe
erheblich.“
Time to Market 02/2007
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Funktionsmodelle realisierbar
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