Die additive Fertigung hat in den letzten Jahren massive Fortschritte gemacht, doch kaum ein Bereich wächst so dynamisch und bietet so viel Potenzial wie der Keramik 3D-Druck. Für Ingenieure, technische Leiter und Wissenschaftler eröffnet die Kombination aus geometrischer Freiheit und den herausragenden Eigenschaften technischer Keramik völlig neue Möglichkeiten. Bei der S2S Systemdrucker GmbH verstehen wir die Anforderungen der Industrie genau. In diesem Beitrag beleuchten wir die Technik hinter dem modernen Keramikdrucker, die Herausforderungen bei der Verarbeitung abrasiver Werkstoffe und grenzen professionelle Systeme von Einstiegslösungen am Markt ab.
Grundlagen: Was Keramik im 3D-Druck ausmacht
Grundsätzlich müssen wir verstehen, was das Material im Prozess bedeutet. Im Gegensatz zu Metallen wird Keramik im 3D-Druck fast immer in einer polymergebundenen Form verarbeitet. Das Rohmaterial ist nie reines Pulver allein, sondern eine Mischung, sei es als Resin (Harz), als Filament oder als Granulat. In der Welt der Photopolymerisation (SLA, DLP, LCM) wird die Keramik in Resinform durch UV-Strahlung ausgehärtet. Diese Verfahren bieten unbestritten eine sehr hohe Bauteilqualität und Detailtreue.
Wir bei S2S Systems konzentrieren uns jedoch auf eine Technologie, die in der Wertschöpfungskette der Industrie oft robuster und skalierbarer ist: Das FFF- (Fused Filament Fabrication) und FGF-Verfahren (Fused Granulate Fabrication). Hier unterscheiden sich Keramik 3D-Drucker in ihrer Kinematik kaum von klassischen 3D-Druckern für Kunststoffe. Doch der Schein trügt, denn die Vielzahl an Anforderungen an die Komponenten und Anwendungen des Druckers ist extrem hoch.
Herausforderungen an den Extruder und die Hardware des Druckers
Der entscheidende Unterschied liegt im Material. Die Filamente und Granulate enthalten einen sehr hohen Füllgrad an anorganischem Keramikpulver, häufig bis zu 80 %. Ob Aluminiumoxid, Zirkonoxid, Siliziumcarbid oder Porzellan – diese Stoffe sind für ihre extreme Härte bekannt. Das bedeutet für das Gerät: Das Material wirkt im Förderprozess wie Schmirgelpapier.
Herkömmliche Messing- oder Stahldüsen würden binnen weniger Druckstunden versagen. Die Entwicklung unserer Maschinen fokussiert sich daher auf maximale Verschleißfestigkeit. Beim Filamentextruder, dem Getriebe und insbesondere der Düse des Druckers müssen gehärtete Bauteile verwendet werden. Noch kritischer ist dies beim Granulatdruck. Hier müssen die gesamte Extrusionsschnecke, der Extrusionskörper (Barrel) sowie die Düse des Druckers speziell gehärtet sein. Nur so lässt sich der Abrieb bewältigen, ohne dass die Präzision des Druckers leidet oder Metallabrieb die Keramikteilen verunreinigt.
Thermisches Management und Prozessführung
Ein Keramik 3D-Drucker muss thermodynamisch anders gesteuert werden als ein reiner Kunststoffdrucker. Durch die im Binder enthaltenen Wachse und Weichmacher verhält sich das Material eher pastös und besitzt einen deutlich niedrigeren Erweichungspunkt. Die Verarbeitung erfolgt oft schon bei ca. 150 Grad Celsius, während technische Kunststoffe oft weit über 200 Grad benötigen.
Die Herausforderung für die Steuerung des Druckers liegt im Wärmespeichervermögen. Keramik speichert Wärme deutlich länger als Kunststoff. Besonderes Augemerk liegt hier im Extruder der Anlage. Das bedeutet:
Die Druckgeschwindigkeit muss exakt auf die Kühlleistung abgestimmt sein.
Die Schichtdicke darf nicht zu groß oder zu klein sein.
Eine intensive Kühlung ist notwendig, damit das Bauteil formstabil bleibt.
Gleichzeitig darf die Schicht nicht zu stark abkühlen, damit sich die nächste Lage sicher verbindet.
Es ist ein technischer Balanceakt, den wir durch spezifische Druckprofile für unsere Kunden lösen. Das Gerät muss diesen Kompromiss aus Extrusionsgeschwindigkeit und Temperatur perfekt beherrschen.
Der Faktor Fülldichte und Lufteinschlüsse
Ein spezifisches Merkmal beim Keramik 3D-Druck ist der Infill. Im Kunststoffdruck sparen wir oft Gewicht und Material durch Gitterstrukturen. Bei Keramik ist das anders. Um eine dichte Sinterstruktur zu erhalten, ist nahezu immer eine 100%ige Füllung erforderlich. Die Steuerung des Druckers muss garantieren, dass keine Lufteinschlüsse entstehen. Luftblasen würden im Sinterofen expandieren oder zu Rissen führen und die mechanische Wirkung des Bauteils zerstören.
Materialeffizienz und Recycling: Granulat vs. Filament
Ein großer Vorteil unserer Granulat-Systeme (FGF) ist die Nachhaltigkeit. Technische Keramikmaterialien sind kostenintensiv. Beim Granulatdrucker ergibt sich ein entscheidender wirtschaftlicher Vorteil: Misslingt ein Druck, kann der "Grünling" (das ungesinterte Bauteil) einfach geschreddert und dem Prozess erneut zugeführt werden. Beim Filamentdruck ist dies nur sehr eingeschränkt möglich, da das Material erst wieder aufwendig zu Filament extrudiert werden müsste.
Zudem haben Keramikfilamente oft Probleme mit der Haltbarkeit. Das Polymerbindemittel zieht Feuchtigkeit. Ein Trocknen ist aufgrund der niedrigen Schmelztemperatur oft nicht möglich, ohne dass das Filament auf der Spule verklebt. Die Lagerung der Materialien und die Wartung des Druckers erfordern daher Erfahrung. Unsere Experten beraten Sie hierzu gerne.
Anwendungsgebiete und Bauteile
Die Anwendungen sind vielfältig. Wir sehen Bauteile in der:
Industrie: Verschleißfeste Düsen, Lager und Dichtungen.
Medizintechnik: Biokompatible Implantate (oft aus Oxid-Keramiken).
Forschung: Entwicklung neuer Werkstoffen und Geometrien.
Energie: Hitzeschilde und Isolatoren.
Das S2S Versprechen: Mehr als nur ein Gerät
Wir verkaufen nicht nur Produkte, wir liefern Lösungen. Ein Kauf bei S2S bedeutet Partnerschaft. Wir wissen, dass die Beschreibung im Datenblatt nicht alles ist. Wir erstellen spezifische Druckprofile für Ihre Anforderungen. Unser Ziel ist eine "Plug-and-Play"-nahe Erfahrung, auch bei so komplexen Materialien. Die Qualität des Druckers entscheidet am Ende über die Qualität Ihres Endprodukts.
Unsere Software sorgt für eine präzise Maschinenführung, die für eine konturnahe Fertigung unerlässlich ist. Der Fokus liegt bei uns immer auf funktionalen Bauteilen. Optik ist wichtig, aber die technische Integrität der Strukturen steht an erster Stelle.
Auch das Druckvolumen unserer Anlagen ist skalierbar, sodass vom kleinen Format bis hin zu großen Industrieanlagen alles möglich ist.
Fazit: Die Zukunft ist Keramik
Der Markt für Keramik 3D-Drucker wächst rasant. Die Kombination aus der Designfreiheit des 3D-Drucks und der Härte von Keramik löst viele industrielle Probleme. Ob Sie nun von einem Einstiegsgerät kommen oder direkt in die High-End-Fertigung einsteigen wollen – S2S ist Ihr Partner. Die Bedeutung dieser Technologie wird in den kommenden Jahren weiter zunehmen.
Haben Sie Interesse an einem Testdruck oder benötigen Sie weitere Infos? Legen Sie Ihre Wunschkonfiguration in den Warenkorb für eine unverbindliche Anfrage oder kontaktieren Sie uns direkt.
Zusammenfassung der Vorteile des Druckers von S2S
Verarbeitung von Hochleistungskeramik.
Gehärtete Komponenten im Extrusionsstrang.
Konfigurierbares Druckvolumen und Größe des Geräts (Druckbett-Größe nach Wunsch).
Angepasste Software für komplexe Modell-Geometrien.
Möglichkeit der Wiederverwendung von Granulat (Kostenersparnis).
Professioneller Support durch unsere Mitarbeiter.
Vom einfachen Objekte-Druck im Prototyping bis zur komplexen Serienproduktion – mit einem S2S Keramik 3D-Drucker sind Sie für die Zukunft gerüstet. Setzen Sie auf industrielle Zuverlässigkeit. Die Fähigkeiten unserer Anlagen werden Sie überzeugen. Für weitere Informationen treten Sie in Kontakt mit uns oder teilen Sie Ihre Erfahrungen.
Autor: Jonas Siegrist
Unternehmen: S2S Systemdrucker GmbH