Der Keramik-3D-Druck gewinnt in der Luft- und Raumfahrt zunehmend an Bedeutung. Insbesondere in Satelliten kommen additiv gefertigte keramische Bauteile zum Einsatz, die extremen Bedingungen standhalten müssen. Neben hervorragenden mechanischen Eigenschaften bietet die Technologie einen entscheidenden Vorteil: Sie verkürzt den Entwicklungsprozess von der ersten Idee bis zum fertigen Produkt signifikant.

Von Polymeren zu Hochleistungskeramiken

Die Ursprünge des 3D-Drucks reichen bis in die 1980er Jahre zurück. Anfangs beschränkte sich die Technologie auf die Verarbeitung von Polymeren. Mit steigenden Anforderungen an Materialien – insbesondere hinsichtlich thermischer Stabilität, chemischer Beständigkeit und mechanischer Leistungsfähigkeit – wurden neue Werkstoffklassen erschlossen. Technische Keramiken rückten zunehmend in den Fokus und erweiterten die Einsatzmöglichkeiten der additiven Fertigung erheblich.

Keramik in der Luft- und Raumfahrt

Technische Keramiken sind prädestiniert für Anwendungen unter extremen Bedingungen. In der Luft- und Raumfahrt werden sie unter anderem für Hitzeschutzsysteme, Turbinenteile, Antennen oder Spiegelhalterungen eingesetzt. Ein zentraler Vorteil: Selbst unter hoher thermischer Belastung zeigen Keramiken nur minimale geometrische Veränderungen durch Ausdehnung – ein entscheidender Faktor für Anwendungen im All.

Zirkonoxid – ein Schlüsselwerkstoff

Zirkonoxid zählt zu den vielversprechendsten Werkstoffen für die Luft- und Raumfahrt. Es zeichnet sich durch eine geringe Wärmeleitfähigkeit aus und eignet sich daher ideal für thermische Schutzanwendungen wie Beschichtungen von Turbinenschaufeln. Darüber hinaus bietet Zirkonoxid eine hohe Thermoschockbeständigkeit und weist im Vergleich zu vielen anderen keramischen Materialien eine geringere Sprödigkeit auf.

Vorteile der SLA-Technologie für Zirkonoxid

Die SLA-Technologien von 3DCeram ermöglichen die Verarbeitung einer breiten Palette von Oxid- und Nichtoxidkeramiken. Beim Stereolithografie-Verfahren wird feines Keramikpulver in einem lichtempfindlichen Harz – dem sogenannten Slurry – homogen vermischt. Anschließend wird das Material mithilfe eines UV-Lasers schichtweise ausgehärtet.

Auf diese Weise entstehen hochdichte Bauteile mit hoher Auflösung und Oberflächenqualität, die sich optimal für anspruchsvolle Anwendungen eignen.

Der Fertigungsprozess beginnt mit dem Druck eines sogenannten Grünlings, der in einem anschließenden Sinterprozess zu einem dichten keramischen Bauteil verdichtet wird. Im Gegensatz zu konventionellen Verfahren wie Pressen oder Zerspanen sind keine Werkzeuge erforderlich. Das sorgt für maximale Designfreiheit, erhöhte Flexibilität sowie geringere Kosten und schnellere Iterationszyklen.

Innovationsprojekt: 3D-gedruckte Antenne aus Zirkonoxid

Im Rahmen eines Entwicklungsprojekts zwischen 3DCeram und Anyways, einem innovativen Start-up und CNES-Spin-off, wurde eine Antenne aus Zirkonoxid für Kleinsatelliten entwickelt.

Ziel war es, eine leistungsfähige Antenne mit einer optimierten Gitterstruktur (Lattice Structure) zu realisieren, um hervorragende Hochfrequenzeigenschaften zu erzielen. Der Entwicklungsprozess profitierte maßgeblich von der additiven Fertigung: Bereits nach dem ersten Designentwurf konnte ein funktionaler Prototyp gefertigt werden.

Durch iterative Anpassungen – sowohl der Geometrie als auch der Druckparameter – sowie kontinuierliches Kundenfeedback wurde das Design schrittweise optimiert. Das Ergebnis: eine deutliche Reduzierung der Entwicklungszeit im Vergleich zu konventionellen Fertigungsmethoden. Vom ersten Konzept bis zur funktionsfähigen Antenne vergingen rund 18 Monate.

Hier geht es weiter zur Fallstudie.

Fazit

Die additive Fertigung entwickelt sich – getrieben durch neue Werkstoffe und deren Zertifizierung – zunehmend zu einer Schlüsseltechnologie in der Luft- und Raumfahrt. Insbesondere für Anwendungen mit hohen thermischen Anforderungen bieten keramische Werkstoffe entscheidende Vorteile.

Neben der signifikanten Verkürzung von Entwicklungszeiten eröffnet der 3D-Druck vor allem neue Freiheitsgrade für Innovationen. Unternehmen können schneller entwickeln, testen und optimieren – ein entscheidender Wettbewerbsvorteil in einer technologisch hochdynamischen Branche.

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Wejdane Ezzine
Sales Engineer 3DCeram
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