3D-Druck Faserverstärkter Oxidkeramik

Das Projekt 3D-FOX zielt darauf ab, die herausragenden Möglichkeiten und Vorteile des 3D-Drucks von faserverstärkten Oxidkeramiken aufzuzeigen und weiter so zu erforschen und zu optimieren, dass eine industrielle Fertigung qualitätsstabil nutzbar wird.

Diese innovativen Materialien bieten eine Reihe von Vorteilen, die sowohl ökonomische als auch ökologische Aspekte berücksichtigen. Faserverstärkte Oxidkeramiken (OCMC) sind im Vergleich zu monolithischer Keramik bruchstabil und zeichnen sich durch eine hohe Korrosions- sowie Temperaturbeständigkeit aus, was zu einer längeren Lebensdauer der Bauteile und zu einer nachhaltigen, ressourcenschonenden Nutzung führt.

Aufgrund ihrer hohen Temperaturstabilität und -schockbeständigkeit im Bereich von -200 °C bis +1000 °C sind diese Materialien insbesondere für Anwendungen in der Wasserstofftechnologie geeignet. Der 3D-Druck ermöglicht die Herstellung von hochkomplexen und topologieoptimierten Bauteilen. Im Vergleich zu heutigen temperaturstabilen Metalllegierungen sind mit OCMC leichtere, effizientere und anwendungsspezifisch optimierte Strukturen herstellbar.

Im kommerziellen Bereich können großformatige Bauteile und Prototypen besser abgebildet werden. Es entstehen neue Anwendungsbereiche, neue Marktsegmente und Marktchancen, besonders auch bei Substitutionen durch Leichtbaustrukturen. Die hohe Flexibilität und Einbeziehung von Individualisierungsmöglichkeiten gibt dem Verfahren seine Brisanz. Das Projekt soll dazu dienen, diese innovative Technologie reproduzierbar marktfähig zu gestalten, dabei wird auch die Umsetzung eines digitalen Zwillings angestrebt.

Ein wesentlicher Bestandteil des Projekts ist dabei die Entwicklung und Optimierung eines geeigneten Feedstocks für den 3D-Druck von faserverstärkten Oxidkeramiken. Dazu gehört die Untersuchung der Materialeigenschaften sowie der Herstellungstechniken. Es werden Verfahren zur mechanischen Nachbearbeitung der gedruckten Bauteile evaluiert, einschließlich der Spannsysteme und geometrisch bestimmter Schneidwerkzeuge, um die Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit zu verbessern.

Zur Validierung der Material- und Prozessentwicklung werden Probekörper (ISO/DIN-Prüfung) und generische Demonstratoren (Bauteilprüfung) hergestellt, um die Leistungsfähigkeit und die Einsatzmöglichkeiten der gedruckten Bauteile nachzuweisen. Das Projekt beinhaltet auch die Entwicklung und Evaluierung von Recyclingstrategien für faserverstärkte Oxidkeramiken. Mechanische sowie chemische Recyclingverfahren für Grünlinge, Braunlinge und fertige Keramiken werden untersucht, um eine nachhaltige Nutzung der Materialien, möglichst auch im Wirtschaftskreislauf zu gewährleisten.

Durch die Umsetzung dieses Vorhabens wird ein bedeutender Beitrag zur Weiterentwicklung der 3D-Druck-Technologien für Hochleistungsmaterialien geleistet und gleichzeitig das Potenzial für nachhaltige und innovative Anwendungen, insbesondere in der Wasserstofftechnologie erschlossen.

Laufzeit
Januar 2025 bis Mai 2027

Fördermittelgeber
SAB

Förderkennzeichen
100748372

Projektpartner

• Technische Universität Chemnitz – Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung