Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

3D-Druck von WPC zur Herstellung endkonturnaher komplexer SiSiC-Bauteile

Der bedeutendste Werkstoff der nicht-oxidischen technischen Keramiken ist Siliziumkarbid. Extrem harte SiC-Partikel in den Ausgangsmischungen derzeitiger Herstellungsverfahren führen zu signifikantem abrasiven Werkzeugverschleiß der metallischen Komponenten während der Grünkörperfertigung. In Vorgängerprojekten konnte bereits eine alternative Herstellungsroute ohne abrasive SiC-Partikel über die Pyrolyse von thermoplastischen Wood Polymer Composites (WPC)-Grünkörpern und eine anschließende Silizierung zu SiSiC-Keramiken entwickelt werden. In vorliegendem Antrag wird die additive Fertigung, welche die werkzeuglose Formgebung, komplexe Bauteilgestaltungen und die kostengünstige Herstellung auch bei geringen Stückzahlen erlaubt, zur Entwicklung WPC-basierter Grünkörper genutzt. Dazu werden Materialsysteme mit Holz- und thermisch vorbehandelten Holzpartikeln (TVH) im Fused Filament Fabrication (FFF) und Fused Granular Fabrication (FGF) verarbeitet und an die Anforderungen der Hochtemperaturprozessierung zu SiSiC angepasst. Die Verwendung von TVH-Anteilen reduziert die Schwindung im Pyrolyseprozess und führt zu Kostenvorteilen in den Ausgangsrohstoffe von bis zu 60 % im Vergleich zur konventionellen Route. Die Zusammensetzung der Ausgangsmischung sowie die Wahl der gedruckten Mikrostruktur ist so zu gestalten, dass durch die Schrumpfung während der Pyrolyse ein offenes, perkolierendes Porennetzwerk im C-Templat entsteht, welches in der Silizierung bei über 1420 °C im Vakuum infiltriert wird. Angestrebt werden Poren im Bereich 2 –10 µm, um C-freie SiSiC-Proben, mit SiC-Gehalten von > 80 Gew.-% und Biegefestigkeiten > 200 MPa zu erhalten. Durch den Antrag sollen Markteintrittsbarrieren beseitigt werden und so KMU bspw. die kosteneffiziente Herstellung von biogenen Grünkörpern für die Keramikherstellung ermöglichen. Auf Grund der vergleichbar geringen Investitionskosten im Bereich der additiven Fertigung, ist die Entwicklung neuer Geschäftsfelder von KMU begünstigt.