Keramik-3D-Druck: Der Weg vom Prototyp zur industriellen Serie

Die additive Fertigung (AM) von technischer Keramik bietet handfeste Vorteile: Sie ermöglicht eine hohe Designfreiheit, komplexe Geometrien lassen sich flexibel realisieren und Werkzeugkosten entfallen komplett. Einen einzelnen Prototypen erfolgreich zu drucken, ist jedoch nur der erste Schritt. Diesen Entwurf in eine zuverlässige Serienproduktion mit hohen Stückzahlen zu überführen, stellt eine ganz eigene verfahrenstechnische Herausforderung dar.

Viele Unternehmen stoßen bei der Skalierung an Grenzen, weil sie den keramischen 3D-Druck als reine Hardware-Disziplin betrachten. Tatsächlich handelt es sich um einen komplexen thermischen Prozess, der eine präzise Steuerung der gesamten Prozesskette erfordert. Wir bei Sinto Advanced Ceramics (bis Dezember 2025 als Bosch Advanced Ceramics innerhalb der Bosch-Gruppe tätig) fertigen seit 2018 technische Keramik in Serie. Durch die Kombination von modernsten 3D-Drucktechnologien mit der langjährigen Erfahrung der Bosch-Gruppe in der keramischen Formgebung und thermischen Prozesstechnik haben wir die Skalierung des keramischen 3D-Drucks industrialisiert.

Kontrolle der gesamten Wertschöpfungskette

Der Prozess endet nicht mit dem Druckvorgang. Das gedruckte „Grünteil“ ist lediglich der Ausgangspunkt der Wertschöpfungskette. Da technische Keramik beim Sintern schrumpft, wird die Maßhaltigkeit und strukturelle Integrität im Wesentlichen durch die Nachbearbeitung und die thermische Prozessierung bestimmt. Eine erfolgreiche Skalierung erfordert daher die Kontrolle über jeden einzelnen Prozessschritt. Dies erreichen wir durch:

• Eine systematische Qualitätskontrolle in jeder Phase des Prozesses.
• Den kontinuierlichen Ausbau der Automatisierung der Abläufe.
• Ein fundiertes Verständnis der Möglichkeiten und Grenzen der eingesetzten Technologien.
• Die Anwendung und Weiterentwicklung eigener Prozesse.

Dieser strukturierte Ansatz sichert eine reproduzierbare Bauteilqualität hinsichtlich Dichte, Maßhaltigkeit und mechanischer Festigkeit über die gesamte Serie hinweg.

Lösungen für industrielle Anforderungen

Unsere Produktionslinien sind auf die Anforderungen verschiedener Industriebranchen ausgelegt – insbesondere im Hinblick auf hohe Stückzahlen, Miniaturisierung und die Integration funktionaler Details.

Medizintechnik: Miniaturisierte Bauteile in hoher Stückzahl

Die Fertigung kleiner Bauteile mit geringen Wandstärken in hohen Stückzahlen stellt hohe Anforderungen an den Prozess. Für ein minimalinvasives laparoskopisches Instrument fertigen wir eine elektrische Isolierhülse mit einer Wandstärke von 90 µm bei Toleranzen von +/- 30 µm. Pro Charge werden 1.400 Bauteile gedruckt. Ein automatisiertes Reinigungsverfahren entfernt überschüssigen Schlicker, ohne die noch ungesinterten, fragilen Grünkörper zu beschädigen. Damit bedienen wir einen Jahresbedarf von bis zu 50.000 Einheiten.

Halbleiterindustrie: Bauteilreduzierung durch Funktionsintegration

In der Halbleiterfertigung sind Komponenten korrosiven Plasma-Ätzgasen und hohen Temperaturen ausgesetzt. Für einen Kunden haben wir einen zuvor zweiteiligen Gasinjektor optimiert. Durch die additive Fertigung konnten wir das Bauteil einteilig aus hochreinem Aluminiumoxid (99,8 %) herstellen. Das Design integriert drei interne Kanäle, die in 62 strömungsoptimierte Auslässe mit 0,2 mm dünnen Trennwänden münden. Die einteilige Ausführung eliminiert Fügestellen und gewährleistet die erforderliche Leckagefreiheit im Reinraum.

Chemie- und Textilindustrie: Reproduzierbarkeit im Fokus

Wiederholgenauigkeit ist der entscheidende Faktor bei der Serienfertigung strukturierter oder mehrfach benötigter Komponenten:

• Katalysatorträger: Für chemische Reaktoren fertigen wir eine homogene, offenporige Gitterstruktur aus 99,99 % reinem Aluminiumoxid. Dieses Design optimiert die Strömungswege und ist unter den Betriebsbedingungen im Reaktor stabiler als beschichtete Schäume.
• Textilindustrie: In einem einzigen Druckvorgang fertigen wir 444 identische, verschleißfeste Keramiknadeln. Dies belegt, dass sich die additiven Prozesse systematisch skalieren lassen und Toleranzen von +/- 0,05 mm über eine große Anzahl gleichzeitig hergestellter Bauteile eingehalten werden.

Technologieauswahl nach Anforderungprofil

Da sich die Anforderungen der Anwendungen unterscheiden, setzen wir standardmäßig drei verschiedene Technologien ein: LCM, SLA und LFD. Diese Auswahl ermöglicht es uns, das Fertigungsverfahren präzise auf die geforderte Geometrie, den Durchsatz und die Genauigkeit des jeweiligen Projekts abzustimmen.

In Kombination mit unserem Werkstoffportfolio an Oxidkeramiken – darunter Aluminiumoxid, Zirkonoxid, ATZ und ZTA – fertigen wir Komponenten mit den jeweils benötigten Eigenschaften wie elektrischer Isolation, Risszähigkeit oder chemischer Beständigkeit.

Ihr Partner für die Serienfertigung

Die Skalierung der additiven Fertigung von Keramik erfordert einen industriellen Ansatz, Werkstoff-Know-how und etablierte Qualitätssicherungssysteme. Sinto Advanced Ceramics bietet reproduzierbare Keramiklösungen, die sich nahtlos in Ihre industrielle Lieferkette integrieren lassen.

Planen Sie die Überführung Ihrer Bauteile aus technischer Keramik vom Prototyp in die Serienfertigung? Gerne unterstützen wir Sie bei der industriellen Skalierung Ihres Projekts.