Merkmale und Verwendungsmöglichkeiten von Keramikharzen

Die Photopolymerisation von keramischen Harzen bietet einen neuen Ansatz für ein traditionelles Handwerk.

Aufwendige, hochwertige Produkte
Ein unverwechselbares Erscheinungsbild
Ein Bruchteil der Kosten und Produktionszeiten im Vergleich zur herkömmlichen Keramikverarbeitung
Wertvolle Eigenschaften (Steifigkeit, thermische Beständigkeit, elektrische Isolierung und mehr) für ein breites Anwendungsspektrum

Erfahren Sie mehr über keramische Harze, ihre wichtigsten Eigenschaften und Anwendungen und wie Ihr Unternehmen vom 3D-Druck von Keramikharzen profitieren kann.

Was sind Keramikharze?

UV-härtbare Keramikharze sind eine Art Harz, das aushärtet, wenn es ultraviolettem (UV-)Licht ausgesetzt wird. Diese Harze gelten als Verbundwerkstoffe, der in der Regel aus Monomeren, Oligomeren, Photoinitiatoren sowie Additiven bestehen. Sobald sie UV-Licht ausgesetzt werden, durchlaufen die Photoinitiatoren einen Prozess namens Photopolymerisation, der dazu führt, dass sich die Monomere und Oligomere vernetzen und ein festes, keramikähnliches Material bilden.

Das Ergebnis ist ein einzigartiges, gleichmässiges, mattes Finish mit keramischer Optik und Haptik. Dies verleiht jedem 3D-gedruckten Stück eine einzigartige Note und unterscheidet es von anderen Materialien.

UV-härtbare Keramikharze bieten gegenüber herkömmlichen Keramikmaterialien und anderen Harzen gleich mehrere Vorteile. Unter Einwirkung von UV-Licht härten sie schnell aus und ermöglichen so schnellere Produktionsprozesse. Die UV-Härtung ermöglicht eine präzise Kontrolle des gesamten Prozesses und führt zu hochauflösenden Drucken mit komplexen Details.

Keramikharze können individuell angepasst werden, um bestimmte Materialeigenschaften wie Festigkeit, Härte und thermische Stabilität zu gewährleisten. Zu den Anwendungen von UV-härtbaren Keramikharzen gehören hitzebeständige Anwendungen, Dekorationsartikel, Prototypen, Dentalindustrie, Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt sowie medizinische Anwendungen.

Der Unterschied zwischen oxidischen und nichtoxidischen Keramikharzen

Bei Keramikharzen gibt es zwei Hauptgruppen: Oxide und Nichtoxide.

Oxidkeramikharze enthalten Keramikpartikel, die hauptsächlich aus Metalloxiden wie Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkonoxid (ZrO2) oder Siliziumoxid (SiO2) bestehen. Oxidkeramische Harze sind für ihre hervorragenden mechanischen Eigenschaften bekannt, darunter hohe Festigkeit, Härte, thermische Stabilität und die Fähigkeit, Oxidation zu widerstehen. Sie werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die robuste und langlebige Keramikmaterialien erfordern, wie z. B. Luft- und Raumfahrtkomponenten, Automobilteile und Schneidwerkzeuge

Nichtoxid-Keramikharze hingegen enthalten Keramikpartikel, die aus nichtmetallischen Elementen wie Karbiden, Nitriden und Boriden bestehen. Beispiele für nichtoxidische Keramikmaterialien sind Siliziumkarbid (SiC), Siliziumnitrid (Si3N4) und Borkarbid (B4C). Nichtoxidische Keramikharze bieten Vorteile wie hohe Härte, Verschleissfestigkeit und ausgezeichnete chemische Stabilität. In extremen Umgebungen sind sie in der Regel leistungsfähiger und weisen ein hohes Mass an Korrosionsbeständigkeit, Härte und Oxidationsbeständigkeit auf.

Die Haupteigenschaften von Keramikharzen

Der 3D-Druck von Keramikharz erfreut sich aufgrund der wertvollen Eigenschaften einer immer grösseren Beliebtheit. Diese Eigenschaften reichen von hoher Steifigkeit und thermischer Beständigkeit bis hin zum Erscheinungsbild und der besonderen Haptik des Endprodukts.

Hohe Steifigkeit

Keramische Harze zeichnen sich durch ihre aussergewöhnliche Steifigkeit aus und bieten eine hervorragende Beständigkeit gegen Verformung und Biegung. Diese hohe Steifigkeit macht sie für verschiedene industrielle Anwendungen äusserst wertvoll, bei denen Stabilität und Haltbarkeit entscheidende Anforderungen sind, darunter Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Elektronik und medizinische Geräte.

Thermische Beständigkeit

Keramikharze können hohen Temperaturen standhalten, die je nach spezifischer Formulierung oft zwischen Hunderten und Tausenden von Grad Celsius liegen. Beispielsweise sind Siliziumkarbid und Siliziumnitrid häufig verwendete Keramiken, die Temperaturen von bis zu 2400 Grad Celsius standhalten können, was sie zur idealen Wahl in extremen thermischen Umgebungen macht.

Elektrische Isolierung

Keramikharze bieten aufgrund ihrer nicht leitenden Beschaffenheit eine hervorragende elektrische Isolierung und verhindern effektiv den Stromfluss. Diese Eigenschaft macht sie in elektrischen Komponenten wie Leiterplatten, Isolatoren und Verkapselungsmaterialien wertvoll, wo die Aufrechterhaltung der elektrischen Integrität und Sicherheit für einen zuverlässigen Betrieb von grösster Bedeutung ist.

Einzigartige Optik und Haptik

Keramikharze zeichnen sich durch ihre glatte Oberfläche und haptische Qualität aus. Ihr Aussehen ähnelt oft dem traditioneller Keramik, hat aber den zusätzlichen Vorteil, dass sie in Bezug auf Farbe, Textur und Oberflächendetails anpassbar sind und einzigartige ästhetische Möglichkeiten für verschiedene Anwendungen bieten.

Anwendungen für den 3D-Druck aus Keramikharz

Der 3D-Druck aus Keramikharz hat aufgrund seiner Fähigkeit, komplizierte Teile mit hoher Präzision und individueller Anpassung herzustellen, vielfältige Anwendungen in unterschiedlichen Branchen gefunden.

Der 3D-Druck in der Automobilindustrie sowie der Luft- und Raumfahrt erfordert hitzebeständige Anwendungen. Mithilfe des 3D-Drucks aus Keramikharz werden Komponenten hergestellt, die extremen Temperaturen und rauen Umgebungen standhalten.
Bei Windkanaltests wird der 3D-Druck von Keramikharzen eingesetzt, um genaue und langlebige Modelle für aerodynamische Studien herzustellen.
Im Bereich Dekorationsartikel ermöglicht der 3D-Druck von Keramikharz die Herstellung einzigartiger und individueller Keramikkunststücke, Töpferwaren und Wohnaccessoires mit komplizierten Designs und Texturen.

Der keramische 3D-Druck in der Zahnmedizin wird zur Herstellung von Zahnersatz, Kronen und Brücken mit präziser Passform und ästhetischen Qualitäten eingesetzt.
Beim 3D-Druck in der Medizintechnik werden Keramikharze zur Herstellung leichter und dennoch langlebiger Komponenten wie Implantate und Schablonen verwendet, bei denen hohe Festigkeit, Biokompatibilität und Hitzebeständigkeit entscheidende Anforderungen sind.

Methoden des 3D-Drucks von Keramikharz

Der 3D-Druck von Keramikharz umfasst mehrere Methoden, die die Herstellung von Keramikteilen ermöglichen. Jede der folgenden 3D-Druckmethoden für Keramikharz hat ihre eigenen Vorteile und Einschränkungen und bietet unterschiedliche Auflösungsniveaus, Geschwindigkeiten und Materialeigenschaften. Die Wahl der Methode hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab, wie z. B. der gewünschten Grösse, Komplexität, Oberflächenbeschaffenheit und Materialeigenschaften.

Stereolithographie (SLA): Bei dieser Technik wird flüssiges Keramikharz schichtweise mit einem UV-Laser ausgehärtet. SLA bietet eine hohe Auflösung und Oberflächengüte und eignet sich daher für die Erstellung komplexer Keramikprototypen und kleiner Komponenten mit feinen Details.

Material Jetting: Material Jetting ist eine weitere Methode, bei der Keramikharze Schicht für Schicht mit Druckköpfen ähnlich wie bei Tintenstrahldruckern auf eine Bauplattform gespritzt werden. Diese Methode ermöglicht die Herstellung komplexer Keramikteile mit unterschiedlichen Materialeigenschaften und Farben und eignet sich daher für die Herstellung von Dekorationsgegenständen und Prototypen.
Digital Light Processing (DLP): Bei dieser Methode wird Keramikharz mit UV-Licht ausgehärtet, das von einem digitalen Lichtprojektor auf eine Bauplattform projiziert wird. DLP bietet schnelle Druckgeschwindigkeiten und eine hohe Auflösung und eignet sich daher für die Herstellung von Zahnersatz, Schmuck und anderen kleinen Keramikteilen.

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Quellen

https://www.sciencedirect.com/topics/chemical-engineering/silicon-carbide
https://www.sciencedirect.com/topics/materials-science/silicon-nitride