HRL Laboratories und Prodways treiben den keramischen 3D-Druck voran

Eine Zusammenarbeit zwischen HRL Laboratories, einem Forschungsunternehmen im gemeinsamen Besitz von General Motors und Boeing, und Prodways, einem Unternehmen für additive Fertigung, erschließt der Materialwissenschaft neue Horizonte. Durch die Kombination des Know-hows von HRL im Bereich Keramik mit der hochauflösenden digitalen Lichtprojektionstechnologie von Prodways zeigen die Unternehmen, wie polymerbasierte Keramiken (PDCs) langjährige Herausforderungen im Bereich der 3D-gedruckten Keramik überwinden können.

Im Gegensatz zu herkömmlichen pulverbasierten Verfahren beginnen PDCs als flüssige Polymere, die zu komplexen Komponenten geformt werden können, bevor sie durch Hochtemperaturpyrolyse in leichte, hitzebeständige Keramiken umgewandelt werden. Dieser Ansatz, bei dem zuerst die Formgebung erfolgt, umgeht viele der technischen Probleme, die mit dem Ausbrennen von Bindemitteln und dem Sintern verbunden sind. Für Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Energie und Verteidigung, in denen Zuverlässigkeit unter extremen Bedingungen unverzichtbar ist, ist das Potenzial erheblich.

Mithilfe des DLP-Systems ProMaker L5000 von Prodways stellten die Wissenschaftler von HRL vollständig verdichtete Silizium-Oxycarbid-Keramiken her. Die Experimente zeigten, dass die Kontrolle der Verstärkung entscheidend ist: Fein verteilte kleine Partikel verbessern die Festigkeit, während übergroße Einschlüsse während des Übergangs von Polymer zu Keramik Mikrorisse verursachen.

Die Zusammenarbeit weist den Weg zu einer Roadmap, in der optimierte Harzformulierungen und Verstärkungsgeometrien die Herstellung fehlerfreier Keramikkomponenten in Luft- und Raumfahrtqualität direkt aus Polymervorläufern ermöglichen. Über den Nachweis der Machbarkeit hinaus legt die Forschung grundlegende Richtlinien für die Entwicklung widerstandsfähigerer Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe durch additive Fertigung fest.

Für HRL und Prodways spiegelt diese Arbeit die Art von branchenübergreifender Partnerschaft wider, die in der additiven Fertigung zunehmend an Bedeutung gewinnt: die Verbindung von Spitzenforschung mit industriellen Plattformen, um neue Materialien von der Demonstration im Labormaßstab zur praktischen Anwendung zu bringen.