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Fakultät für Ingenieurwissenschaften

Lehrstuhl Keramische Werkstoffe – Prof. Dr.-Ing. Stefan Schafföner

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3D-Druck von WPC zur Herstellung endkonturnaher komplexer SiSiC-Bauteile (WPC III)

Projektbeschreibung

Im IGF-Projekt "3D-Druck von WPC zur Herstellung endkonturnaher komplexer SiSiC-Bauteile"  werden additive Verfahren entwickelt, welches basierend auf zum Teil biogenen/holzbasierten Ausgangsmaterialien, eine innovative, kosteneffiziente und nachhaltige SiSiC-Keramikherstellung ab Losgröße eins ermöglicht. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, additiv gefertigte WPC-Grünkörper mit möglichst geringem Schrumpf zu pyrolysieren und das entstandene C-Templat mit flüssigem Silizium zu infiltrieren, um eine hochwertige, nachhaltige, biogene und somit "grüne" SiSiC-Keramik zu erhalten.

Die Herstellung der WPC-Grünkörper erfolgt über speziell entwickelte Filamente und Granulate, welche nach der Pyrolyse einen hohen C-Rückstand aufweisen. Die Herstellungsverfahren Fused Filament Fabrication (FFF) und Fused Granular Fabrication (FGF) können so angepasst werden, dass konturtreue Grünkörper hergestellt werden können. Durch die fehlenden SiC-Partikel tritt in der Grünkörperfertigung deutlich weniger Werkzeugverschleiß auf als bei derzeitigen Ausgangsmaterialien. Die über den additiven Herstellungsprozess erhaltenen Bauteile weißen im Vergleich zu konventionell hergestellten SiSiC-Keramiken vergleichbare mechanische Eigenschaften auf. 

Die besonders für KMU relevante Problemstellung der schlechten Wirtschaftlichkeit bei geringen Stückzahlen und die der hohen Investitionen für Formgebung und Prozessierung wird durch die additive Fertigung (AM) angegangen bzw. umgangen. Die AM ermöglicht es mit kleinem Kapitaleinsatz komplexe Strukturen, auch bei geringen Stückzahlen, kostengünstig und ohne zusätzlichen Werkzeugaufwand zu fertigen.  

 Die Herstellung von Keramik-Bauteilen mit integrierten komplexen Geometrien und gradierten Produkten, welche gezielte funktionelle Eigenschaften aufweisen, können beispielsweise über einen Multimaterialdruck im FFF-Verfahren realisiert werden. Gelingt es die Bauteile formgetreu zu pyrolysieren, könnten durch die anschließende Silizierung komplexe SiSiC-Bauteile erhalten werden, die mit keinem anderen Formgebungsverfahren sonst möglich sind. 

 Die Kombination der WPC-Route mit der additiven Fertigung trägt dazu bei, SiSiC-Bauteile nachhaltiger, ressourcenschonender und mit geringem Energieeinsatz zu fertigen. Durch die Prozessierung von WPC zu SiSiC-Bauteilen entfällt die hochenergetische Aufbereitung des SiC-Pulvers. Zudem wird durch die additive Fertigung nur dort Material verwendet, wo dieses auch später benötigt wird. Dadurch entsteht das Bauteil endkonturnah und bedarf ggf. nur einer geringen Endbearbeitung zur Entfernung der Stufen, die durch den schichtweisen Aufbau immer entstehen sowie der Bearbeitung von funktionalen Flächen.

Laufzeit: 04/2022 - 09/2024

Förderung: AiF/IGF

Projektpartner: SKZ (Würzburg)

Ansprechpartner: Jalena Best M.Sc., Dr.-Ing. Carolin Sitzmann, Dr. Nico Langhof


Verantwortlich für die Redaktion: Dr.-Ing. Carolin Sitzmann

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