schöne neue welt der keramik
Erlanger Werkstoffwissenschaftler erhalten Otto von Guericke-Preis
Schöne neue Welt der Keramik
Der Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Glas und Keramik) von Prof. Dr. Peter Greil an der Universität Erlangen-Nürnberg wurde erneut für seine ideenreiche und anwendungsorientierte Forschung ausgezeichnet: Dr. Nahum Travitzky und Hans Windsheimer, beide Mitarbeiter der Erlanger Arbeitsgruppe Rapid Prototyping, sind zusammen mit zwei Forschern der Deutschen Papiertechnischen Stiftung München mit dem Otto von Guericke-Preis 2006 geehrt worden. Die Wissenschaftler haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich keramische Formkörper aus neuartigen präkeramischen Spezialpapieren herstellen lassen. Diese Entwicklung eröffnet zahlreiche neue Möglichkeiten, äußerst leichte und hitzebeständige Keramikwerkstoffe kostengünstig zu produzieren. Außerdem erschließt die Technologie viele neue Einsatzgebiete für keramische Werkstoffe - angefangen von der Energie- und Umwelttechnik, über die Chemische Reaktionstechnik bis hin zur Medizintechnik.
Ein Turbinenrad aus präkeramischem Papier,
gerfertigt durch Rapid Prototyping.
Foto: LS Werkstoffwissenschaften
Der Otto von Guericke-Preis ist mit 5.000 Euro dotiert und wird von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) „Otto von Guericke“ vergeben. Mit dem Otto von Guericke-Preis würdigt die AiF herausragende industrielle Gemeinschaftsforschung und deren Umsetzung bis hin zur praktischen Anwendung. Die Preisverleihung fand auf der Tagung des Wissenschaftlichen Rates der AiF am 23. November 2006 in Bremen statt.
Keramik im Rapid Prototyping
Bis weit in die 1970er Jahre war Modellbau vom Entwurf bis zum Prototyp ein aufwändiges Geschäft. Viele Probleme von der Konstruktion über die Materialauswahl bis zur Formgebung mussten bewältigt werden, viele Spezialisten waren beteiligt, bis ein Modell fertig erstellt war. Erst das Computer Aided Design - CAD - stellte eine Technologie zur Verfügung, mit der das Modell vollständig dreidimensional entwickelt und dargestellt werden konnte. Durch die Umwandlung der Daten des 3D-Modells und die Zerlegung in einzelne Schichten war man in der Lage, den Prototyp anschließend über ein formenfreies Fertigungsverfahren wie zum Beispiel dem dreidimensionalen Drucken Zeit und Kosten sparend Schicht für Schicht wieder zusammenzusetzen. Mit dieser Schicht-auf-Schicht Methode können Modelle, Werkzeuge und Bauteile mit komplexer Form und geometrischer Struktur ohne Aufwand realisiert werden.
Der Bedarf an komplexen Bauteilen zur Prototypenfertigung und Kleinserienproduktion ist in den vergangenen 15 Jahren enorm gestiegen, vielfältige Anwendungsbereiche tun sich auf. Technik und Design profitieren von der schnellen, einfachen Konzeptmodellierung, die Medizin vereinfacht mit dem so genannten Rapid Manufacturing die Produktion von Implantaten, Zahnersatz oder Hörgeräten. Fahrzeug- und Weltraumtechnik setzen auf die vielfältigen Möglichkeiten des Rapid Tooling.
Die Erlanger Arbeitsgruppe Rapid Prototyping um Nahum Travitzky stellt solche Bauteile mit unterschiedlichsten Methoden her. Beim dreidimensionalen Drucken verwenden die Wissenschaftler Pulver aus verschiedensten keramischen Materialien, das durch gezieltes Einspritzen von Bindemitteln verfestigt wird. Das Herzstück ist eine Heizdüse, die drahtförmiges Kunstoff-Ausgangsmaterial erhitzt und Schicht für Schicht aufbringt. Folien aus Keramik oder präkeramischen Papieren werden mit einem speziell entwickelten Kleber laminiert und anschließend mit einem Laser oder einem Spezialmesser zurechtgeschnitten.
Der Lehrstuhl für Glas und Keramik setzt dabei auf neue Technologien sowie auf die ureigenen Stärken der Material- und Werkstoffwissenschaften. Neuartige Verbundwerkstoffe werden entwickelt, indem die Wissenschaftler hochfeine keramische Pulver durch Lasersintern in einen porösen Formkörper bringen, der sich anschließend durch Infiltration einer metallischen oder polymeren Schmelze in einen dichten Verbundwerkstoff umsetzen lässt.
Dabei konnten besonders beim Design von innovativen sinterfähigen präkeramischen Spezialpapieren, die im Unterschied zu normalem Papier einen hohen Anteil an feinem keramischen und metallischem Pulver enthalten, erhebliche Fortschritte erzielt werden.
Aus präkeramischem Papier wird beim Laminated Object Modeling schichtweise mit einem Laser die gewünschte Kontur geschnitten und anschließend mit der nächsten Papierlage unter Druck und erhöhter Temperatur verklebt. Danach wird das Formteil bei hoher Temperatur über 1000 Grad Celsius in eine Keramik umgesetzt, die den Ansprüchen von komplexen Prototypen und Kleinserien entspricht. Ein weiterer Vorteil der präkeramischen Papiere sind die erheblichen Kosteneinsparungen, denn sie können auf Maschinen hergestellt werden, die auch in der Papierindustrie Verwendung finden.
Weitere Informationen für die Medien:
Dr. Nahum Travitzky
Tel.: 09131-85/28775
Fax: 09131-8528311
nahum.travitzky@ww.uni-erlangen.de
Mediendienst FAU-Aktuell Nr. 4949 vom 27.11.2006
