Additiv tillverkning är för närvarande en av de viktigaste trenderna inom industrin. Nu har ett team från Fraunhofer Institute for Ceramic Technologies and Systems IKTS utvecklat ett Multi Material Jetting -system som gör det möjligt att kombinera olika material till en enda additivt tillverkad del. Detta gör det möjligt att skapa produkter med kombinerade egenskaper eller funktioner. Det nya systemet kan användas med särskilt högpresterande material som keramik och metall.

Additiv tillverkningsteknik som 3D-utskrift innebär att man bygger upp en önskad produkt lager för lager istället för att producera den från en enda bit. Detta möjliggör hög precision, anpassad tillverkning med exakt definierade produktegenskaper - och tekniken förbättras kontinuerligt. Även om de första åren av additiv tillverkning dominerades av polymerer, detta utvidgades för en tid sedan till att inkludera metaller och keramikbaserade material.

Fraunhofer IKTS har nu tagit ytterligare ett stort steg framåt. Forskare har utvecklat ett system som möjliggör additiv tillverkning av multimaterialdelar baserade på termoplastiska bindersystem. Känd som Multi Material Jetting, eller MMJ, denna process kombinerar olika material och deras olika egenskaper till en enda produkt. "Just nu, vi kan bearbeta upp till fyra olika material åt gången, "säger Uwe Scheithauer, en forskare vid Fraunhofer IKTS. Detta öppnar dörren till en mängd olika applikationer, tillåter företag att producera högintegrerade multifunktionella komponenter med individuellt definierade egenskaper.

Tillverkningsprodukter droppvis

Det nya systemet tillverkar delar i en kontinuerlig process. I det första steget, det keramiska eller metallpulver från vilket delen kommer att tillverkas fördelas homogent i en termoplastisk bindemedelssubstans. Uppslamningarna som produceras på detta sätt laddas i mikrodoseringssystem (MDS) för att påbörja den faktiska tillverkningsprocessen. Dessa uppslamningar smälts i MDS vid en temperatur på cirka 100 grader Celsius, skapa ett ämne som kan släppas ut i mycket små droppar. IKTS -forskarna utvecklade också ett motsvarande program för att säkerställa exakt placering av dropparna under tillverkningen. Mikrodoseringssystemen fungerar med hög precision, datorstyrd process, avsätta dropparna en efter en på exakt rätt plats. Detta bygger gradvis upp delen droppe för droppe med hastigheter upp till 60 mm och 1, 000 droppar per sekund. Systemet fungerar med droppstorlekar mellan 300 och 1000 μm, skapa deponerade lager med höjder mellan 100 och 200 μm. Den maximala storleken på delar som för närvarande kan tillverkas är 20 × 20 × 18 centimeter. "Den kritiska faktorn här är den anpassade doseringen av metall- eller keramikuppslamningarna. Att få rätt dosering är nyckeln till att säkerställa att den extra tillverkade slutprodukten får de nödvändiga egenskaperna och funktionerna under efterföljande sintring i ugnen, inklusive egenskaper som styrka, värmeledningsförmåga och elektrisk konduktivitet, säger Scheithauer.

Keramisk satellitmotor med inbyggd tändning

Det nya IKTS -systemet kan användas för att göra mycket komplexa delar som tändningssystemet i en satellitdrivmotor av keramik. Förbränningskammare för satellitmotorer når extremt höga temperaturer, så keramikens förmåga att motstå värme gör dem till ett idealiskt materialval. MMJ kan användas för att producera ett tändsystem som är direkt integrerat i motorn. Detta tändsystem kombinerar elektriskt ledande och isolerande områden i en enda, extremt robust komponent. I detta fall, MMJ -processen kräver tre doseringssystem:ett för ett stödmaterial som sönderfaller under värmebehandling i ugnen, en sekund för den elektriskt ledande komponenten, och en tredjedel för den elektriskt isolerande komponenten. MMJ har också många tänkbara applikationer på marknaden för konsumentprodukter-till exempel en tvåfärgad keramisk klocka som är gjord för en enskild kund som en engångsartikel.

Tack vare sin höga precision och flexibilitet, MMJ-systemet är lämpligt för mer än bara tillverkning av multifunktionella komponenter. "Vi kan också använda den för att göra ämnen för hårdmetalldelar, till exempel. Tack vare doseringssystemens enorma precision, ämnets konturer skulle redan vara mycket nära slutproduktens. De skulle därför kräva mycket lite efterföljande slipning jämfört med konventionella metoder. Det är en stor fördel när du arbetar med hårdmetall, säger Scheithauer.