Neu im Keramik 3D-Druck: Alumina-toughened zirconia (ATZ)

Alumina-toughened zirconia gewinnt immer mehr an Beliebtheit unter den technischen Keramiken. Aufgrund der sehr guten Werkstoffeigenschaften besitzen Keramiken das Potenzial Metalle oder Kunststoffe in vielen Bereichen zu ersetzen. Zu den am häufigsten eingesetzten technischen Keramiken zählen vor allem Aluminiumoxid und Zirkoniumdioxid. Im Bereich der additiven Fertigung wird stets an neuen Materialien geforscht. Unsere hausinterne Forschungs- und Entwicklungsabteilung testet neue Werkstoffe bereits im Entwicklungsstadium und vergleicht diese mit dem Stand der Technik. Dadurch kann ein Wissensvorsprung generiert werden, den wir als Fertigungsdienstleister nutzen, um innovative Materialien bereits frühzeitig anbieten zu können. So auch im Fall von Aluminiumoxid verstärktem Zirkoniumdioxid (ATZ), das ab sofort auf unserer Bestellseite Rapid Prototyping ausgewählt und bestellt werden kann. Erfahren Sie in diesem Beitrag Näheres zum Aluminiumoxid verstärkten Zirkoniumdioxid und erhalten einen Vergleich zu herkömmlichem Zirkon.

Vorzüge technischer Keramiken

Allen voran die Kombination aus sehr hoher Festigkeit, Härte und Beständigkeit gegenüber Temperatur, Korrosion und Chemikalien machen technische Keramiken zu besseren und langlebigeren Alternativen zu Metallen oder Kunststoffen. Durch die Möglichkeiten der additiven Fertigung sind zudem produktionstechnische Limitierungen aufgehoben.

Hochpräzision mit LCM-Verfahren von Lithoz

In der additiven Fertigung technischer Keramiken vertraut CADdent auf das LCM-Verfahren (Lithography-based Ceramic Manufacturing) der Lithoz GmbH – dem Marktführer im lithographie-basierten Keramik 3D-Druck.

Keramik 3D-Drucker

3D-Druck mit Keramik im LCM-Verfahren

In diesem Verfahren wird ein Schlicker – ein Gemisch aus flüssigem Polymer und sehr feinen Keramikpartikeln – auf eine transparente Wanne aufgetragen. Anschließend senkt sich die Bauplatte über Kopf in die Wanne herab und ein LED-Modul belichtet das Schichtbild mit blauem Licht von unten. Dabei wird das Material selektiv an den entsprechenden Stellen mittels Photopolymerisation ausgehärtet, an denen Bauteile oder Stützstrukturen entstehen sollen. Dadurch wird ein Schichtverbund zur vorherigen Schicht oder im Falle der ersten Schicht zur Bauplatte erzeugt. Auf diese Weise entstehen Stück für Stück die gewünschten Bauteile. Diese sogenannten Grünkörper müssen anschließend entbindert und gesintert werden. Bei diesem nachgelagerten thermischen Prozess wird zunächst der Polymeranteil ausgebrannt und das Keramikbauteil zu einer dichten Keramik gesintert.

Prozess LCM-Verfahren

Illustration des LCM-Prozesses (Abb.: Lithoz GmbH)

Vorteile der LCM-Technologie

Additiv gefertigte Keramikbauteile erreichen nach dem thermischen Postprozess eine theoretische Dichte von über 99 % und verfügen über eine Oberflächengüte von unter 1,0 µm. Die von Lithoz entwickelte LCM-Technologie gewährleistet die Fertigung von hochkomplexen Strukturen mit absoluter Genauigkeit und höchster Auflösung. Beispielsweise lassen sich aus Aluminiumoxid Wandstärken von 0,15 mm und Durchbohrungen mit einem Durchmesser von 0,15 mm realisieren. Es können Toleranzen von unter 50 µm erreicht werden.

Was ist Alumina-toughened zirconia (ATZ)?

Die Mischoxidkeramik Alumina-toughened zirconia besteht zum Großteil – etwa 80 % – aus Zirkoniumdioxid. Dieses ist zu einem Bruchteil von circa 20 % mit Aluminiumoxid verstärkt. Dadurch können die jeweiligen Nachteile ausgeglichen und die jeweiligen Vorteile beider Werkstoffe kombiniert werden.

Bauteile aus Alumina-toughened zirconia (ATZ)

Alumina-toughened zirconia (ATZ) vs. Zirkoniumdioxid

Das Aluminiumoxid verstärkte Zirkoniumdioxid ist durch den Anteil an Aluminiumoxid etwas härter und leichter als reines Zirkon. Durch den hohen Zirkonanteil weist ATZ, wie Zirkon, eine sehr geringe thermische Leitfähigkeit auf. Beim 3D-Druck mit ATZ lassen sich aufgrund der höheren Auflösung geringere Wandstärken (0,15 mm) und Kanäle präziser umsetzen. Zudem sind auch, im Vergleich zu additiv gefertigtem Zirkon, mit ATZ wesentlich dickere Wandstärken möglich. Beim 3D-Druck von Zirkon besteht bereits bei Wandstärken von über einem Millimeter das Risiko zur Rissbildung während des thermischen Postprozesses. Dagegen sind beim 3D-Druck von ATZ abhängig von der Geometrie auch Wandstärken von über zehn Millimeter herstellbar. Der Grund hierfür liegt bei der einfacheren Entgasung beim thermischen Entbindern, also dem Ausbrennen des Polymeranteils. Da der Fertigungsprozess dadurch fehlerresistenter ist, kann der 3D-Druck mit ATZ günstiger angeboten werden als der 3D-Druck mit Zirkon.

So bestellen Sie Bauteile in Alumina-toughened zirconia (ATZ)

Wir sind stolz, unser Materialportfolio im Rapid Prototyping im Bereich der Keramiken zu erweitern und neben Aluminiumoxid und Zirkon, nun auch ATZ anbieten zu können. Laden Sie einfach Ihr 3D-Objekt als STL-Datei im Prototyping Uploadbereich hoch. Bei der Materialübersicht können Sie direkt die entsprechenden Preise und Lieferzeiten, welche individuell zu Ihrem Bauteil und abhängig vom gewünschten Material sind, einsehen. Wir freuen uns auf Ihre Bestellung!

FAZIT

Das Aluminiumoxid verstärkte Zirkoniumdioxid weist gegenüber Zirkoniumdioxid viele Vorteile auf, weshalb es in der Lage ist, Zirkon in vielen industriellen Anwendungsbereichen wie der Luft- und Raumfahrt, der Elektrotechnik oder im Automobilsektor zu ersetzen. CADdent ist dabei als innovativer Fertigungsdienstleister im 3D-Druck und Fräsen verschiedener Keramiken, Metalle und Kunststoffe Ihr Wegbegleiter und Experte – auch bei neuartigen Werkstoffen wie ATZ.