Das offene Keramik-3D-Drucksystem für die Forschung

Keramik ist kein Material – Keramik ist eine Materialklasse. Aluminiumoxid und Siliciumnitrid, Zirkondioxid und Aluminiumnitrid, Hydroxylapatit und Cordierit: Jedes dieser Werkstoffe hat seine eigene Chemie, seine eigenen Sinterbedingungen, seine eigene Herausforderung. Wer in der Forschung mit Keramik arbeitet, braucht deshalb kein System, das einen einzigen Werkstoff perfekt beherrscht – sondern eines, das offen genug ist, mit jedem Werkstoff zusammenzuarbeiten.

Genau das ist die Designphilosophie hinter dem 3DCeram C101 Easy Lab.

Keramik-3D-Druck in der Forschung: eine besondere Anforderung

Industrielle Anwender suchen Reproduzierbarkeit. Forschende dagegen arbeiten mit dem Unbekannten: neue Rezepte, neue Pulvermischungen, Materialien, die bisher noch niemand gedruckt hat. In diesem Umfeld ist ein geschlossenes System – mit fest vorgegebenen Materialien und gesperrten Parametern – kein Werkzeug, sondern ein Hindernis.

Der C101 Easy Lab ist ausdrücklich als 3D-Drucker für den Bereich Forschung und Entwicklung von keramischen Hochleistungswerkstoffen konzipiert: alle Druckparameter offen zugänglich, individuell einstellbar, frei entwickelbar.

Das offene System: Parameter selbst gestalten

Das zentrale Merkmal des C101 Easy Lab von 3DCeram ist sein offenes Systemkonzept. Es bietet die Möglichkeit, individuelle Parameter zu entwickeln und umzusetzen sowie Druckpräzisionselemente – mechanisch und optisch – zu optimieren.

Was bedeutet das in der Praxis? Wer eine eigene Keramiksuspension entwickelt, kann deren spezifisches Absorptionsverhalten im UV-Bereich berücksichtigen und die Laserbelichtung entsprechend anpassen. Wer ein Material mit besonderer Schrumpfungscharakteristik verarbeitet, kann Schichtdicken und Aufheizraten individuell kalibrieren. Wer neue Binderrezepturen erprobt, ist nicht an herstellerseitig freigegebene Kombinationen gebunden.

Technologie: UV-Laser-Stereolithografie

Das Druckverfahren des C101 Easy Lab basiert auf der Laser-Stereolithografie (SLA). Ein UV-Laser mit 405 nm Wellenlänge und 300 mW Leistung polymerisiert die Keramiksuspension schichtweise – von unten nach oben, mit einem Laserstrahldurchmesser von rund 60 µm.

Der SLA-3D-Druck ermöglicht den schrittweisen Aufbau eines Teils von unten nach oben. Nach jedem Auftrag fährt das Druckbett einen Schritt nach unten, was gleichmäßige Schwindung beim Härten und somit höhere Präzision sichert und kleinste Details wiedergeben lässt.

Die Schichtdicke lässt sich zwischen 0,020 mm und 0,125 mm einstellen. Das Druckbett misst 100 × 100 × 150 mm: kompakt genug für das Labor, groß genug für anspruchsvolle Prüfkörper und Funktionsmuster.

Das Materialspektrum: Oxid- und Nichtoxidkeramiken

Das C101 Easy Lab ist für Oxid- und Nichtoxidkeramiken gleichermaßen ausgelegt – eine Breite des Materialspektrums, die in der additiven Fertigung von Keramik nicht selbstverständlich ist.

Oxidkeramiken

Aluminiumoxid (Al₂O₃) – Das am weitesten verbreitete keramische Material. Bewahrt mechanische Festigkeit auch bei hohen Temperaturen, gute elektrische Leitfähigkeit. Einsatz in Isolatoren, Schneidkeramiken, verschleißfesten Oberflächen.

Zirkondioxid (ZrO₂) – Sehr gute mechanische Eigenschaften bei Raumtemperatur und hohen Temperaturen. Hart, verschleißfest, chemisch inert. Verfügbar als ZrO₂ und Zirkondioxid 8Y (teil- und vollstabilisiert).

Hydroxylapatit (HA) und Tricalciumphosphat (TCP) – Bioresorbierbare Kalziumphosphate für die biomedizinische Forschung: Knochenersatz, Scaffolds, patientenspezifische Implantate.

Siliciumdioxid (SiO₂) – Für optische Anwendungen, Gießereikerne und Bauteile mit spezifischen dielektrischen Eigenschaften.

Alumina Toughened Zirconia (ATZ) – Zähigkeitsverstärktes Aluminiumoxid durch Zirkonzusatz: höhere Bruchzähigkeit, hohe Härte. Relevant für tribologische Anwendungen.

Cordierit – Extrem niedriger thermischer Ausdehnungskoeffizient. Ideal für thermisch hochbeanspruchte Komponenten mit hoher Thermoschockbeständigkeit.

Nichtoxidkeramiken

Nichtoxidkeramiken sind die Spezialisten unter den technischen Keramiken – mechanisch extrem leistungsfähig, aber in der additiven Verarbeitung anspruchsvoll. Dass der C101 Easy Lab auch hier eingesetzt werden kann, ist ein wesentliches Alleinstellungsmerkmal.

Siliciumnitrid (Si₃N₄) – Eines der härtesten und widerstandsfähigsten keramischen Materialien. Widersteht Thermoschocks, verschleißfest, korrosionsfest. Einsatz in Pumpen, Ventilen, Halbleitern, Hochtemperaturstrukturkomponenten.

Aluminiumnitrid (AlN) – Höchste Wärmeleitfähigkeit unter den Nichtoxidkeramiken bei gleichzeitig sehr guter elektrischer Isolation. Strategisch wichtig für Leistungselektronik, Hochfrequenztechnik und Wärmemanagement.

Die Fähigkeit, Oxide und Nitride in einem System zu verarbeiten, unterscheidet das C101 Easy Lab von vielen Systemen, die auf eine Werkstoffgruppe beschränkt sind. In der Materialforschung, wo Werkstoffvergleiche und neuartige Zusammensetzungen zum Tagesgeschäft gehören, ist diese Flexibilität keine Option – sie ist Voraussetzung.

SAM-Option: Forschen mit wertvollen Materialien

Sonderkeramiken sind teuer. Aluminiumnitrid in Druckqualität, proprietäre Binderformulierungen, experimentelle Pulvermischungen – wer in der Forschung mit solchen Materialien arbeitet, kann es sich nicht leisten, große Mengen für einen Testdruck zu verbrauchen.

10 ml Keramik reichen mit der SAM-Option (Small Amount of Material) aus, um einen Druck zu starten. Das entspricht einem kleinen Reagenzglas. Für Teams, die eigene Keramiksuspensionen synthetisieren, ist die SAM-Option oft der entscheidende Faktor bei der Systemauswahl. Weitere Kartuschengrößen (60 ml, 180 ml, 360 ml, 600 ml, 920 ml) skalieren mit der Entwicklungsphase.

Technische Daten im Überblick

Parameter	Wert
Drucktechnologie	UV-Laser-Stereolithografie (SLA)
Wellenlänge	405 nm
Laserleistung	300 mW
Laserstrahldurchmesser	≈ 60 µm
Druckvolumen	100 × 100 × 150 mm
Schichtdicke (Z-Achse)	0,020 – 0,125 mm
Mindestmenge Material	10 ml (SAM-Option) / 60 ml Standard
Kartuschengrößen	10 ml, 60 ml, 180 ml, 360 ml, 600 ml, 920 ml
Systemgröße	1095 × 1070 × 1980 mm (L × B × H)
Gewicht	≈ 600 kg
Stromversorgung	220–240 VAC / 50 Hz
Umgebungstemperatur	20–25 °C (± 1 °C/h)
Hybrid-Option	verfügbar

Anwendungsfelder in der Forschung

• Materialwissenschaft und Werkstofftechnik – Entwicklung neuer Keramiksuspensionen, Binderformulierungen und Sinterparameter. Werkstoffvergleichsstudien.
• Biomedizinische Forschung – 3D-Druck von Knochenersatzstrukturen, patientenspezifische Scaffolds, Drug-Delivery-Systeme aus resorbierbarer Keramik.
• Leistungselektronik und Halbleiter – AlN-Substrate für thermisches Management, Präzisionskeramiken für Hochfrequenzanwendungen.
• Luft- und Raumfahrt – Prototypen aus Hochtemperaturkeramiken wie Si₃N₄ oder stabilisiertem ZrO₂.
• Energie und Umwelttechnik – Ionenleitende Keramiken für Brennstoffzellen und Sensoren, Filtermembranen.

AM Pioneers: Keramik-3D-Druck aus einer Hand

3DCeram hat sich in über 15 Jahren Erfahrung im Bereich Laser-Stereolithografie von Keramik ein einzigartiges Know-how erworben. AM Pioneers vertreibt die 3DCeram-Systeme in Deutschland und Österreich und unterstützt Forschungseinrichtungen, Hochschulen und Industrielabore bei Systemauswahl, Inbetriebnahme und Prozessentwicklung – einschließlich der thermischen Prozesskette (Entbindern und Sintern) mit den passenden Carbolite Gero Öfen.

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