Industrie

The additive manufacturing of cutting materials enables the development of more efficient cutting tools. Ceramics are an excellent alternative to carbide cutting materials, especially for high-speed turning. In their application, the insert is inserted into a clamping turning holder and fixed in place by holding down with a finger and tightening the screw.

Compared to conventionally manufactured parts for this application, the component optimized for LCM printing achieved a significant material saving thanks to a reduced wall thickness of < 4.4mm, offering a significant savings potential in series production.

The project was developed within the framework of AddiZwerk (Additive Manufacturing of Cutting Tools), financed by M-ERA.NET and FFG. Design by PTW (Institute for Production Management, Technology and Machine Tools) at TU Darmstadt.

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This horizontal bearing, produced by US-based AM ceramics specialist CeramcoAdditive for a customer from the textile industry, was manufactured using the alumina material LithaLox HP 500 via a Lithoz CeraFab System S65 industrial printer. The pillow block-type bearing would be used as a rod holder for any linear motion, with the highest possible precision and low friction being the critical properties for the required machine automation application. The intricate helical internal veins in the inside diameter of the part would not be achievable with a ceramic material by any other method than additive manufacturing.

LithaLox HP 500 exhibits excellent 4-point bonding strength and exceptional surface finish. This special purpose alumina material was specifically developed for extremely friction-sensitive applications such as thread guides in textile technology, high-performance substrates for the electrical industry or protective materials in thermal processes.

These needles were printed with LithaLox 360 and are excellent proof of just how precisely and efficiently Lithoz LCM technology is able to work. The clear objective of the project realized together with Bosch Advanced Ceramics was to maximise the loading of the CeraFab S65 platform filled with identical complex parts with fine structures.

Thanks to pinpoint precise dosage of the ceramic slurry and the use of the highest optical precision on the market, the CeraFab System printers could realize ultra-precise exposure at any point of the print platform, making it possible to build up extremely delicate parts and intricate inner structures without any mechanical pressure on the Z-axis. As a result, the proven stability of the system secures linear scalability to industrial mass production. 

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.

This functional part was designed and 3D printed by Steinbach AG from the flexible alumina material LithaLox 360. It was part of a joint development project to optimize the cleaning of the highly complex structures that can be achieved with this newly developed alumina slurry, which is able to create the thinnest channels, narrowest lattice structures and finest holes in miniaturized components.

The heat exchanger’s characteristic features are its narrowly positioned cooling fins of only 0.45 mm edge widths at a depth of 3.5 mm measured from the fin’s edges to the tube’s structure. The diameter of the inner tube forming the axis is only 2 mm, whilst the connected central struts have a thickness of a mere 0.45 mm.

This high-pressure nozzle with ultra-narrow outlet is printed from alumina and was manufactured by Steinbach AG for a customer in the automobile industry. The original application consisted of several single metal components which consequently led to considerably higher weight and a massive 50 mm cross-section.

Steinbach AG redesigned and optimized the entire component to make use of the LCM technology’s full potential in precision and material strength. By achieving significantly more intricate inner structures, an extremely narrow outlet and much smoother surfaces in one single 3D-printed piece, the entire construction could be miniaturized by 60 %. Thanks to the excellent corrosion resistance, the alumina part showed much less wear than the previous metal component, too.

Turboladerrotoren aus Siliziumnitrid 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 Siliziumnitrid 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 Siliziumnitrid an. 

Bei der additiven Serienfertigung technischer Keramik gehört Bosch Advanced Ceramics dank langjähriger Erfahrung weltweit zu den ersten Adressen. Gemeinsam mit BASF und dem KIT entwickelte man einen Mikroreaktor aus Aluminiumoxid, dessen innenliegenden Strömungskanäle einen Durchmesser von lediglich 0.5 mm aufweisen. Die filigranen Stege dieser Anwendung, die etwa in der chemischen Grundlagenforschung eingesetzt werden kann, messen 0.3 mm.

Das erzielte Ergebnis deckt die speziellen Anforderungen des geplanten Einsatzes bestens ab: die hervorragende Wärmeleitfähigkeit garantiert stabile Temperaturkontrolle und die geringe thermische Ausdehnung stellt sicher, dass es auch bei großen Temperaturschwankungen zu geringen Verzügen im Reaktor kommt. Die niedrige elektrische Leitfähigkeit und die Transluzenz des keramischen Bauteils ermöglichen darüber hinaus auch Messverfahren, die beim Einsatz von Metall nicht realisierbar sind. Bosch Advanced Ceramics 

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. Lesen Sie mehr

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.