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Industrie

Von Halbleitern bis zu Anlagen – die Lithoz CeraFab Drucker und Premium Materialien ermöglichen die gewinnorientierte industrielle Serienproduktion anspruchsvoller Industrieanwendungen.

Empfohlene Kombination

CeraFab S65

LithaLox

Alumina

LithaCon

Zirkonia

LithaLox

Alumina

LithaCon

Zirkonia

Traditionelle Verfahren wie Druckguss und Fräsen erreichen bei komplexen Strukturen oder unter extremen Anwendungsbedingungen ihre Grenzen. Genau in diesen Situationen öffnet LCM 3D-Druck neue technologische Lösungswege.

„Bei Bosch Advanced Ceramics haben wir die additive Serienfertigung keramischer Bauteile bereits erfolgreich skaliert und erweitern unseren Maschinenpark kontinuierlich. Das LCM Verfahren von Lithoz war dabei dank seiner verlässlichen Präzision die entscheidende technologische Grundlage um diverse Serienprojekte zu realisieren.“

Nikolai Sauer / CTO / Bosch Advanced Ceramics 

Anwendungen

15" LCM-Printed Semiconductor ALD Ring

This 15“ diameter alumina gas distribution ring was manufactured by Alumina Systems using Lithoz LCM technology. Alumina is used to ensure a constant gas flow and pressure even when using reactive gases. Capitalizing on the design freedom of Lithoz LCM technology, the part manufactured performed more effectively than conventionally produced rings thanks to a more complex design, allowing for an exceptionally lightweight and thinwalled structure. Material usage was reduced in key areas and the part could be manufactured onsite, making digital warehouses a reality and saving on storage costs.

The Ceramic 3D Factory

With clear growing demand for ceramic 3D printing at an industrial scale across industries, the success of Lithoz’s partners and technology in serial production is becoming ever more visible. Lithoz will showcase the arrival of “The Ceramic 3D Factory”, uniting Lithoz technology and service bureaus all over the world in one global network for interconnected serial production across fields such as semiconductor production, aerospace and more. This global “Ceramic 3D Factory” network is strengthened by the new CeraControl software, which allows for up to 100 globally interconnected CeraFab S65 3D printers.

An impressive showcase of exactly 308 aerospike nozzles with identical designs at varying sizes demonstrates the industrial power of LCM technology. With 100 Lithoz CeraFab System S65 printers connected, the smallest parts shown could be manufactured with exact reproducibility at a printing speed of 3:46 minutes per part, resulting in an annual total volume of almost 14 million parts.

Spiralmixer

Mixer werden häufig für das Mischen von Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität verwendet, von denen sich viele sehr korrosiv verhalten. Dank der Korrosionsbeständigkeit von Keramik gegenüber den aggressivsten Chemikalien hat dieser 3D-gedruckte Keramikmixer eine weitaus längere Lebensdauer als herkömmliche Werkstoffe in diesem Einsatzbereich, was nicht nur die Ausfallzeiten verringert, sondern gleichzeitig die Effizienz erhöht. Die komplexe Form und die sehr knappen Abstände zwischen den Schaufeln des von Bosch Advanced Ceramics gedruckten Bauteils eignen sich auch hervorragend für die Produktion mit der Lithoz LCM 3D-Drucktechnologie und dem auf Feinstrukturen optimierten LithaLox 360 Schlicker, womit weitaus kompliziertere innere Geometrien als mit herkömmlichen Verfahren erreicht werden können.

Mischdüse

LithaLox 360 ist dank einer modifizierten Binderformulierung und einem Reinheitsgrad von 99,8 % speziell für die Gestaltung hochauflösender Merkmale optimiert. Mit diesem Aluminiumoxid lassen sich selbst dünnste Kanäle, engste Gitterstrukturen und feinste Löcher in miniaturisierten Bauteilen realisieren. So lassen sich beispielsweise Röhren mit einem Durchmesser von weniger als 200 μm und Stege unter 100 μm Dicke herstellen. Bauteile aus Alumina sind elektrisch isolierend und durchstoßfest und eignen sich daher für eine Vielzahl von Anwendungen, etwa in der Halbleiterindustrie oder für Düsen in der Medizin.

Diese von Bosch Advanced Ceramics 3D-gedruckte Mischdüse wird in Rotoren für Minipumpen verwendet. Die Korrosionsbeständigkeit des keramischen Werkstoffs Alumina macht ihn zum idealen Material für den Einsatz in chemischen Anwendungen. Die komplexen Leitschaufeln und die kleinen Löcher konnten dank der geometrischen Freiheit des 3D-Drucks problemlos realisiert werden, wobei der Durchmesser der Löcher lediglich 0,2 mm beträgt, was eine signifikant größere Anzahl an Löchern und somit eine entsprechend optimierte Mischleistung ermöglicht.

Dosiernadel

Wenn es um hochautomatisierte Klebevorgänge geht, wurden bisher in der Regel Dosiernadeln aus Metall verwendet. Diese Bauformen eignen sich gut für die exakte Dosierung hochviskoser Klebstoffe. Bei dieser Anwendung kommt es vor allem auf eine erhöhte Haltbarkeit und Verschleißfestigkeit an. Da Stehzeiten von Produktionsanlagen enorme Kosten verursachen, müssen solche Verschleißteile möglichst lange ohne Ersatz auskommen. Die Lebensdauer dieser Teile lässt sich mit keramischen Dosiernadeln, wie diese 3D-gedruckte Alumina-Nadel aus LithaLox 360 von Bosch Advanced Ceramics, im Vergleich zu Metall deutlich verlängern.

Damit der Klebstoff präzise und kontinuierlich abgegeben werden kann, muss er mit geringer Reibung durch die Bohrung fließen können. Die minimale Oberflächenrauigkeit, die mit dem Lithoz LCM 3D-Druck erreicht wird, verbessert die Effizienz daher erheblich. Aufgrund der konischen Geometrie kann keine nachträgliche Oberflächenbearbeitung mehr erfolgen, weshalb der Herstellungsprozess bereits beim Drucken selbst die höchstmögliche Genauigkeit erreichen muss. Solch hohe Ansprüche an innenliegende, hochkomplexe Strukturen können mit dem LCM Druckverfahren bestens erreicht werden.

Schneidwerkzeug aus Siliziumnitrid

Die additive Fertigung hochfester Keramiken ermöglicht die Entwicklung noch effizienterer Schneidwerkzeuge. Keramik ist eine hervorragende Alternative zu Hartmetall-Schneidstoffen, insbesondere für das Hochgeschwindigkeitsdrehen. Bei ihrer Anwendung wird die Wendeschneidplatte in einen Klemmdrehhalter eingesetzt und durch Niederhalten mit einem Finger und Anziehen der Schraube fixiert.

Im Vergleich zu konventionell gefertigten Teilen für diese Anwendung erreicht das für den LCM-Druck optimierte Bauteil aus Siliciumnitrid dank einer reduzierten Wandstärke von < 4,4 mm eine deutliche Materialeinsparung, die ein erhebliches Einsparpotenzial in der Serienfertigung bietet.

Das Projekt wurde im Rahmen von AddiZwerk (Additive Fertigung von Zerspanungswerkzeugen) entwickelt, finanziert durch M-ERA.NET und FFG. Das Design stammt vom PTW (Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen) der TU Darmstadt.

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Horizontales Lager für hochpräzise Automatisierung

Dieses horizontale Lager, das der US-amerikanische AM-Keramikspezialist CeramcoAdditive für einen Kunden aus der Textilindustrie herstellte, wurde mit LithaLox HP 500 auf einen Lithoz CeraFab System S65 Industriedrucker gefertigt. Das Stehlager sollte als Stangenhalter für lineare Bewegungen eingesetzt werden, wobei höchste Präzision und geringe Reibung die entscheidenden Eigenschaften für die geforderte Anwendung in der Maschinenautomatisierung sind. Die komplizierten schraubenförmigen inneren Adern im Innendurchmesser des Bauteils wären aus einem keramischen Material mit keiner traditionellen Herstellungsmethode.

LithaLox HP 500 weist eine hervorragende 4-Punkt-Biegefestigkeit und eine außergewöhnliche Oberflächengüte auf. Dieses spezielle Alumina wurde speziell für extrem reibungsempfindliche Anwendungen wie Fadenführer in der Textiltechnik, Hochleistungssubstrate für die Elektroindustrie oder Schutzmaterialien in thermischen Prozessen entwickelt.

444 Nadeln auf einer einzigen Plattform gedruckt

Diese Nadeln wurden mit LithaLox 360 gedruckt und sind ein hervorragender Beweis dafür, wie hochpräzise und effizient die Lithoz LCM-Technologie arbeiten kann. Klares Ziel des gemeinsam mit Bosch Advanced Ceramics realisierten Projekts war es, die Beladung der CeraFab S65-Plattform mit identischen komplexen Teilen mit feinen Strukturen zu maximieren.

Dank der punktgenauen Dosierung der keramischen Masse und der Verwendung der höchsten optischen Präzision auf dem Markt konnten die Drucker des CeraFab-Systems an jedem Punkt der Druckplattform eine ultrapräzise Belichtung realisieren, die es ermöglichte, extrem filigrane Teile und komplizierte innere Strukturen ohne mechanischen Druck auf die Z-Achse aufzubauen. Die bewährte Stabilität des Systems sichert dabei die lineare Skalierbarkeit bis zur industriellen Massenproduktion.

Wärmetauscher mit integriertem Mischer

Dieses Funktionsteil wurde von der Steinbach AG aus dem flexiblen Alumina-Material LithaLox 360 entworfen und 3D-gedruckt. Es war Teil eines gemeinsamen Entwicklungsprojekts zur Optimierung der Reinigung der hochkomplexen Strukturen, die mit diesem neu entwickelten Alumina-Schlicker erreicht werden können, der in der Lage ist, dünnste Kanäle, engste Gitterstrukturen und feinste Löcher in miniaturisierten Bauteilen zu erzielen.

Charakteristisch für den Wärmetauscher sind die eng formierten Kühlrippen von nur 0,45 mm Kantenbreite bei einer Tiefe von 3,5 mm, gemessen von den Rippenkanten bis zur Rohrstruktur. Der Durchmesser des achsbildenden Innenrohrs beträgt bloß 2 mm, die angeschlossenen Mittelstreben haben eine Dicke von lediglich 0,45 mm.

Düse mit ultraschmalem Auslass

Diese Hochdruckdüse mit engstmöglichem Auslass ist mit LithaLox 360 gedruckt und wurde von der Steinbach AG für einen Kunden aus der Automobilindustrie gefertigt. Die ursprüngliche Anwendung bestand aus mehreren metallischen Einzelteilen, was zu einem deutlich höheren Gewicht und einem massiven Querschnitt von 50 mm führte.

Die Steinbach AG konstruierte das gesamte Bauteil neu und optimierte es dahingehend, das volle Potenzial der LCM-Technologie in Bezug auf Präzision und Materialstärke auszuschöpfen. Durch deutlich filigranere Innenstrukturen, einen extrem engen Auslass und deutlich glattere Oberflächen in einem einzigen 3D-gedruckten Teil konnte die gesamte Konstruktion um 60 % verkleinert werden. Dank der hervorragenden Korrosionsbeständigkeit wies das Aluminiumoxidteil auch einen wesentlich geringeren Verschleiß auf als das vorherige Metallteil.

12,000 tube guide elements per year for the DaVinci Surgical Robot

This tube, produced by Steinbach AG in full-size industrial scale of 12,000 units per year, features a completely new geometry with a sharp bend and inner contours, minimal wall thicknesses of 200 μm, and perfectly smooth surfaces with roughness values of Ramax = 0.4, at the required extremely narrow tolerance of +20 μm . The total diameter of the tube was determined by the construction of the robot arm, into which the tube had to fit.

Prior to the use of ceramic additive manufacturing, 3D-printed metal was considered by the customer, but the glass fibre strings introduced tore apart because of the insufficient surface roughness of the inner guiding channels quality.

With a specific target for the manufacturing cost and a deadline of six months to begin serial production successfully met, this application impressively shows the CeraFab System S65’s talent to scale-up the production of ultra-precise parts to industrial mass production.

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Siliciumnitrid Rotor für hocheffiziente Mikroturbinen

Turboladerrotoren aus Siliciumnitrid werden verwendet, um das Ansprechverhalten eines Motors zu verbessern. Die Verwendung von Keramikrotoren anstelle von Metall verringert die Trägheit und reduziert somit die Verzögerung. Darüber hinaus sind diese Rotoren sehr heißem Gas ausgesetzt und müssen auch unter diesen Bedingungen langlebig sein. Bisher waren komplizierte Bauteile aus Siliciumnitrid aufgrund der Einschränkungen der konventionellen Bearbeitungsverfahren nicht herstellbar. Die CeraFab 3D Drucker ermöglichen durch die LCM-Technologie die Herstellung von komplex geformten Rotoren, um die Leistung von Mikrogasturbinen zu steigern.

Sehen Sie sich ein Video über die Temperaturwechselbeständigkeitsprüfung für ein 3D-gedrucktes Bauteil aus Siliciumnitrid an. 

Düsen für die industrielle Chipherstellung

Alumina Systems GmbH produziert kundenspezifische Keramik- und Metall-auf-Keramik-Komponenten für die Halbleiter- und Medizinindustrie. Neben dem Einsatz konventioneller Technologien nutzt das Unternehmen auch das LCM Verfahren, um Produktinnovationen zu beschleunigen. Durch ein funktionsorientiertes Design hat Alumina Systems GmbH einen keramischen Verteilerring für die Halbleiterchipbeschichtung entwickelt, der das Produktionsvolumen der Chips im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen verdreifacht.

Die Nachfrage nach wertorientierten Anwendungen steigt stetig an. Erfahren Sie mehr darüber, wie 3D Druck es Unternehmen ermöglicht, umsatzgenerierende Produkte mit hohem Mehrwert für ihre Kunden zu entwickeln.

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Hochkomplexe Miniaturbauteile mit Merkmalen bis 100 µm in Serie

Das LCM 3D-Druck Verfahren für Keramik ermöglicht die Herstellung von Anwendungen mit feinsten Details und hochkomplexen inneren Strukturen bei gleichzeitig exzellenter Oberflächenqualität. Einige Beispiele sind Mikrodüsen und Ventile mit strömungsoptimierten Bahnen, Miniaturrotoren und Mikrofräswerkzeuge, elektronische Anwendungen wie komplexe und präzise Substrate sowie medizinische Sensoren, Instrumente und chirurgische Werkzeuge.

Die industrielle Serienfertigung komplexer Keramikbauteile mit Mikrostrukuturen erfordert eine Technologie, die jeden Anspruch an hohe Wiederholgenauigkeit erfüllt. Wo konventionelle Methoden wie Fräsen, Bohren, Schleifen und Keramikspritzguss deutlich an ihre Grenzen stoßen, bieten die CeraFab Drucker die skalierbare Serienfertigung von Teilen mit Merkmalen bis zu 100 µm.

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Drucker Frontal CeraFab S65
Empfohlene Drucker

CeraFab System S65

Der LCM-Drucker, wenn es um höchste Präzision und Performance in Serie geht. Die weltweite Nummer 1 für die generative Serienproduktion von Hochleistungskeramik für die Industrie.

Empfohlenes Material

LithaLox

Alumina

Der flexible Alleskönner mit bewährten Tugenden. Hier vereinen sich herausragende Eigenschaften wie hohe Härte, Isolierfähigkeit, Korrosions- und Temperaturbeständigkeit und unkomplizierte Handhabung zum Erfolgsgarant für den intensiven Einsatz in der industriellen Serienfertigung.

Empfohlenes Material

LithaCon

Zirkonia

Speziell geeignet für Anwendungen, die das Material extrem beanspruchen. Ventile, Lager, Schneidwerkzeuge und Komponenten für Hochleistungsumformtechnik sind nur einige der Anwendungen, die von der Zähigkeit von Zirkonia profitieren.

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