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Lehrstuhl für Struktur- und Funktionskeramik

Charakterisierung der realen mechanischen Eigenschaften von keramischen AM-Bauteilen - CharAM

 

Mit einem neuen kooperativen Forschungsprojekt zur Charakterisierung von additiv gefertigten Keramiken wird der Lehrstuhl für Struktur- und Funktionskeramik der Montanuniversität Leoben seine Aktivitäten im Zusammenhang mit dieser neuen Fertigungstechnologie verstärken.

 

Stereolithographisch hergestellte Produkte aus Keramiken finden sich in vielen industriellen und biomedizinischen Anwendungen: Keramikfilter für die (bio)chemische Analytik, bioresorbierbare Implantate oder konstruktive Keramikbauteile sind dabei nur einige Beispiele. Voraussetzung für den Erfolg des Additive Manufacturing (AM) von keramischen Werkstoffen ist eine hohe Qualität und Zuverlässigkeit der gedruckten Komponenten. Eine verlässliche und robuste Prozesscharakterisierung ist wesentlich für eine weitere Reifung dieser Technologie und wichtig um das Vertrauen in dieses immer noch neuartige Herstellungsverfahren zu steigern.

Wie in einem Vorgängerprojekt "addmanu" ( www.addmanu.at) gezeigt wurde, ist im Gegensatz zu konventionell hergestellten Komponenten die Festigkeit von additiv gefertigten Bauteilen aufgrund von Oberflächeneffekten abhängig von der Richtung des Schichtaufbaus.

 


Je nach Baurichtung haben Proben (oder Bauteile) eine glatte oder wellige Oberfläche. Foto Fraunhofer IKTS Dresden.

 

Um für die Bewertung und Konstruktion von Bauteilen geeignete Daten zur Verfügung zu stellen, muss eine prozessbegleitende Kontrolle der gedruckten Produkte zur Verfügung stehen. Im Projekt CharAM wird sich eine Konsortium aus Forschungseinrichtungen, AM-Prozessentwicklern, Konstrukteuren und Messtechnikspezialisten damit beschäftigen, eine Methodik zur Festigkeitsmessung für stereolithographisch hergestellte Keramikbauteile zu entwickeln, die die Eigenschaften von realen AM-Bauteilen beschreibt.

 

Es soll eine Prüfmethodik für AM-Keramiken entwickelt werden, die

  • es ermöglicht, die technologiespezifischen Einflüsse auf die Festigkeit aussagekräftig und einfach an großen Probenzahlen zu messen und
  • dazu Proben verwendet, die nicht nur die zu untersuchenden technologiespezifischen Charakteristika (Orientierungsabhängigkeit, Oberflächenstrukturen) aufweisen, sondern auch unter Ausnützung der Möglichkeiten der additiven Fertigung ressourcenschonend und schnell gefertigt werden können.

Durch einen Ringversuch soll geklärt werden, ob die Methode reproduzierbar und einfach durchführbar ist. Dadurch kann evaluiert werden, welche weiteren Schritte bis zu einer möglichen Standardisierung nötig sind. Zur Auswertung der Versuche sollen Software-Tools entwickelt werden, die alle Berechnungen, die für eine Verwendung der Messwerte zur Bauteilauslegung nötig sind, rasch und unkompliziert ermöglichen.

Mithilfe der neu gewonnen Informationen zur Festigkeit können Design-Richtlinien für stereolithographische Keramikbauteile abgeleitet werden. Diese Richtlinien können dazu verwendet werden, Anpassung an der Bauteilkonstruktion vornehmen, beispielsweise durch Reduktion der Wandstärken oder Aushöhlung von massiven Elementen. Dieser Vorgang soll beispielhaft an einem Kranial- oder Kieferimplantat durchgeführt und evaluiert werden.

 

Laufzeit: 2020 - 2023

 

Projektpartner:

 

Ansprechperson MU Leoben:

Ass. Prof. Dr. Tanja Lube, Email: tanja.lube(at)unileoben.ac.at , Tel.: +43 3842 402 4111

 

 

Förderung der österreichischen Projektpartner durch das Bundesministerium für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort im Programm COIN/IraSME


und der deutschen Projektpartner durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Programm ZIM