LaNa-Sax

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Direkter 3D-Druck von keramischen Batteriekomponenten

Im Rahmen des Teilprojekts wurde eine neue Forschungsanlage für den keramischen 3D-Druck aufgebaut und in Betrieb genommen. Die Anlage dient als flexible Plattform für material- und prozessbezogene Untersuchungen im Bereich des selektiven Laserstrahlschmelzens (SLM) keramischer Werkstoffe. Ein wesentlicher Schwerpunkt der Arbeiten lag auf der Prozessentwicklung für Aluminiumoxid (Al₂O₃) unter Verwendung von CO₂-Laserstrahlung. Durch stetige Optimierung der relevanten Prozessparameter sowie durch den Einsatz angepasster Scanstrategien konnte die relative Bauteildichte schrittweise von anfänglich etwa 60 % auf bis zu 85 % erhöht werden. Zusätzlich wurden Outlineparameter entwickelt, die zu einer deutlichen Reduktion von Spannungsrissen in Randbereichen von Bauteilen führten und die Fertigung von stützfreien Überhängen bis 45 ° ermöglichten. Trotz dieser Fortschritte stellte die Rissbildung eine zentrale Herausforderung dar. Durch gezielte Rissanalyse sowie Anpassungen der Prozessparameter und Scanstrategien konnte die Rissbildung zwar reduziert, jedoch nicht vollständig vermieden werden. Zusätzlich wurden alternative Materialsysteme untersucht. Aus einem Stoffgemisch aus Al₂O₃ und SiO₂ konnten nach entsprechender Pulveraufbereitung und Parameteroptimierung Volumenkörper mit relativen Dichten von bis zu 91 % hergestellt werden. Darüber hinaus wurden erste Untersuchungen zur Verarbeitung von Zirkonoxid (ZrO₂) durchgeführt. Es konnten geeignete Prozessparameter identifiziert und erste komplexe Demonstratoren erfolgreich gefertigt werden. Die bislang erreichten relativen Bauteildichten liegen bei bis zu 90,5 %.