Die Partikelhomogenisierungsmodellierung basiert auf der Metallbinder-Jetting-Plattform des Unternehmens und nutzt keramische Nanopartikeltinten
Originalquelle: VoxelMatters (Davide Sher, 27. September 2023)
Das Forschungs- und Entwicklungsteam (F&E) von Ricoh gehört zu den innovativsten und kreativsten im gesamten Bereich der additiven Fertigung (AM) und geht bis an die Grenzen der komplexesten Materialien. Nach der Vorführung mehrerer Aluminium-Binder-Jetting-Anwendungenvorgestellt hat, wendet sich das Unternehmen nun auch der technischen Keramik mit einem neuen PHM-Ansatz (Particle Homogenising Modeling) zu.
Das Projekt wurde in Japan von Kiichi Kamoda geleitet, dem Projektleiter der Additiven Fertigung für Strukturkeramik bei Ricoh Company Limited (RCL) geleitet wird, zielt auf die Herstellung großer Teile aus technischer Keramik wie Aluminiumoxid und Siliziumkarbid mittels Binder-Jetting ab. Wie kürzlich ausführlich in VoxelMatters’ AM-Marktstudie für technische Keramikenbeschrieben, ist dies ein kleiner Sektor mit einem sehr hohen Wachstumspotenzial. Ein Teil dieses Potenzials liegt in der Fähigkeit, mit der Binder-Jetting-Technologie schnell größere Teile herzustellen.
Das Forschungs- und Entwicklungsteam von Ricoh weist darauf hin, dass Keramik nicht geschmolzen und geformt werden kann, da sie einen hohen Schmelzpunkt hat und nicht leicht zu bearbeiten ist. Bei den bestehenden Verarbeitungsmethoden für keramische Teile gibt es also einen Kompromiss zwischen Größe, Dicke und Formkomplexität. Das Gleiche gilt für bestehende 3D-Drucker für keramische Materialien.
Der Prozess
Daher wendet das Unternehmen ein Verfahren an, das es Particle Homogenising Modeling (PHM) nennt, um durch Zugabe einer Nanopartikeltinte dichtere grüne Teile herzustellen.
Ricoh ist davon überzeugt, dass der verstärkte Einsatz von Keramik in verschiedenen Bereichen von Nutzen sein kann. Der Einsatz von Keramik bedeutet zum Beispiel, dass Teile, die großer Hitze oder korrosiven Umgebungen ausgesetzt sind, leichter sein können und eine verbesserte Systemeffizienz aufweisen. Ricoh beabsichtigt, mit PHM Funktionen und Qualität zu erreichen, die in der Vergangenheit nicht möglich waren, indem die Homogenisierung gesteuert wird, ein äußerst komplexes Phänomen, das durch eine Reaktion zwischen den granulierten Partikeln und der nanopartikelhaltigen Tinte ausgelöst wird.
Ricoh entwickelt die Modellierung der Partikelhomogenisierung, um diese Herausforderungen zu meistern. Das Entwicklungsteam arbeitet mit Materialien und Prozessen, um herauszufinden, wie keramische Objekte in kürzester Zeit so hergestellt werden können, dass sie die für Strukturbauteile erforderliche Form und Stärke aufweisen.
Beim PHM werden primäre Keramikpartikel (kleine Partikel) mit einer kleinen Menge Harz zu sekundären Partikeln (granulierte Partikel) verbunden, die mit einer Walze verteilt werden. Die Tinte, die keramische Nanopartikel enthält, wird auf die Zielbereiche der sekundären Partikelschicht aufgetragen. Die Tinte bricht die sekundären Partikel auf, während sie sich ausbreitet, und die Nanopartikel gelangen in die Lücken zwischen den primären Partikeln. Auf diese Weise sind die keramischen Nanopartikel in der gesamten Schicht eng und homogen miteinander verbunden. Dank dieser Struktur kann die Schicht effizient gesintert werden. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis das Objekt aus dem Pulver geformt ist. Die flüssigen Bestandteile der Tinte werden dann getrocknet, so dass ein grüner Körper zurückbleibt. Der grüne Körper wird dann aus dem Pulver entnommen und gebrannt, um die inneren Harzelemente zu verdampfen. Das Objekt wird so gesintert und erhält eine hohe Dichte.
Was kommt als Nächstes?
Laut Ricoh wird diese Technologie den Zielkonflikt zwischen Formkomplexität, Materialstärke, Produktionszeit und Produktionskosten lösen, der bei herkömmlichen Verfahren häufig auftritt. Ricoh ist nicht der erste, der versucht, Nanopartikeltinten in keramische Additivverfahren zu integrieren, aber das Unternehmen beabsichtigt, seine Erfahrung in der Entwicklung von Druckern und Tonern zu nutzen, um die Tintenstrahltechnologie mit der Pulververarbeitungstechnologie zu kombinieren und so eine noch nie dagewesene Funktionalität zu schaffen. Das neue Verfahren wird auf Aluminiumoxid und alle Materialien angewendet, die gesintert werden müssen, einschließlich Siliziumkarbid (SiC) und andere Keramiken.
Ricohs neue PHM-Keramik-Bindemittel-Jetting-Technologie wird auf der Formnext 2023 (Halle 12.0, Stand B33) zu sehen sein, zusammen mit spannenden Entwicklungen bei Ricohs Aluminium-Bindemitteldruck und Ricoh 3DMaterialien, Technologien und End-to-End-Dienstleistungen von Ricoh.