Experteninterview:Nanoe CEO Guillaume de Calan über die Zukunft des keramischen 3D-Drucks

Keramik-3D-Druck bleibt ein relativ neuer und oft übersehener Bereich der additiven Fertigung. Die Vielseitigkeit des Materials macht den Keramik-3D-Druck jedoch ideal für eine Reihe von industriellen Anwendungsfällen, von Lagern und Halbleitern bis hin zu Luft- und Raumfahrt- und Schmuckanwendungen. Kein Wunder also, dass bereits Schritte unternommen werden, um den keramischen 3D-Druck für die AM-Produktion voll funktionsfähig zu machen.

Nanoe ist ein in Frankreich ansässiges Unternehmen, das technische Keramik in Industriequalität für den 3D-Druck anbietet. Es ist auch das erste Unternehmen, das technische Keramikfilamente (Zetamix) anbietet. Wir haben mit dem CEO von Nanoe, Guillaume de Calan, gesprochen, um mehr über die Strategie von Nanoe zu erfahren, wie das Unternehmen plant, den keramischen Desktop-3D-Druck rentabel zu machen, und das enorme Marktpotenzial für den keramischen 3D-Druck.

Können Sie uns etwas über Nanoe erzählen?

Wir sind ein Rohstofflieferant, der Pulver und Rohstoffe für die Keramikindustrie herstellt. Wir haben das Unternehmen vor 10 Jahren gegründet und bedienen eine Reihe verschiedener Branchen, darunter Medizin und Luft- und Raumfahrt. Im Wesentlichen versorgen wir diese Industrien mit den Rohstoffen, die sie für eine erfolgreiche Teileproduktion benötigen.

Wir bedienen auch eine Reihe von Anwendungen, bei denen Hightech-Materialien mit Eigenschaften wie hoher Festigkeit sowie Hochtemperatur- und Korrosionsbeständigkeit benötigt werden. Halbleiter sind ein Beispiel für eine solche Anwendung.

Sie haben einige der verschiedenen Branchen erwähnt, die Keramik verwenden. Könnten Sie einige der Anwendungen für Ihre Materialien erweitern?

Ich kann Ihnen zwei Beispiele nennen. Die erste ist in der Schmuck- und Uhrmacherei, wo es einige Firmen gibt, die Keramikringe, Uhren und andere Arten von Schmuck herstellen. Sie interessieren sich für den keramischen 3D-Druck als Möglichkeit zur Herstellung von Prototypen, Kleinserien und für die On-Demand-Produktion.

Der zweite ist in der Luft- und Raumfahrt, wo es einen massiven Anwendungsfall für technische Keramik gibt. Sie werden für alles verwendet, von Beobachtungsspiegeln über Strukturteile bis hin zur Telekommunikation.

In der Luft- und Raumfahrt ist einer der offensichtlichen Vorteile des keramischen 3D-Drucks oder des 3D-Drucks im Allgemeinen die Möglichkeit, das Gewicht und die Masse der von Ihnen hergestellten Teile zu reduzieren. Dies kann beispielsweise durch Topologieoptimierung erreicht werden. Betrachtet man die Kosten für den Transport von einem Kilogramm Material in den Orbit, werden die Vorteile des keramischen 3D-Drucks sofort deutlich.

Potenzielle Kunden aus der Luft- und Raumfahrt interessieren sich daher für die Möglichkeit, Leichtbauteile für Beobachtungszwecke, Strukturteile, Telekommunikation – im Grunde alles, was in einen Satelliten gehört – herzustellen.

Warum haben Sie sich entschieden, Nanoe zu gründen?

Nanoe begann als Spin-off eines französischen Labors, wo wir ein Verfahren zur Herstellung von Nanomaterialien für die industrielle Nutzung hatten. Aber wir erkannten schnell die Notwendigkeit, uns auf eine bestimmte Anwendung zu konzentrieren – und diese Anwendung war die technische Keramik.

Als wir gegründet wurden, produzierten wir Rohstoffe für traditionelle Verfahren wie Pressen, Spritzgießen, Gießen und alle anderen Verfahren zur Herstellung von Keramikteilen. Wir haben uns überhaupt nicht mit 3D-Druck beschäftigt. In diesem Jahr haben wir jedoch begonnen, uns auf die 3D-Drucktechnologie zu konzentrieren. Unsere Kunden haben zwar traditionelle Verfahren zur Formgebung von Keramik, wollen aber zunehmend auch 3D-Druckverfahren integrieren.

Was sind die Herausforderungen beim 3D-Druck von Keramikmaterialien?

3D-Druckkeramik bringt immer einige Herausforderungen mit sich. Eine Herausforderung ergibt sich aus der Tatsache, dass Keramiken sehr hochtemperaturbeständige Materialien sind, die nicht geschmolzen oder verschmolzen werden können. Das bedeutet, dass für Metalle und Kunststoffe entwickelte Verfahren nicht direkt für Keramiken verwendet werden können.

Wir müssen also einen indirekten Weg zum 3D-Druck von Keramiken gehen:Wir mischen das Pulver mit einer Art Bindemittel, das zum Beispiel Thermoplast oder Harz sein kann. Nach dem 3D-Druck des Teils entfernen wir das Bindemittel und sintern das Teil selbst. Dies ist ein ziemlich komplizierter Vorgang: Sie müssen beispielsweise für eine homogene Mischung zwischen Keramik und Bindemittel sorgen und so viel Keramik wie möglich sicherstellen. Diese Mischung muss sich auch genauso verhalten wie der verwendete Kunststoff oder das Harz. Schließlich müssen Sie das Bindemittel abbrennen können, um nur die Keramik zu behalten, und das ist eine ziemliche Herausforderung.

Welche Nachbearbeitungsschritte sind erforderlich?

Daher haben wir unsere Pulver an das FDM-Verfahren angepasst, d. h. wir können Filamente aus Keramik mit einem Kunststoffbinder herstellen. Diese Filamente können mit jedem FDM-Drucker verwendet werden. Es ist jedoch unvermeidlich, dass eine gewisse Nachbearbeitung erforderlich ist, da Sie das Bindemittel entfernen und die Keramik bei sehr hohen Temperaturen sintern müssen, um das Teil zu verfestigen. Und wenn ich hohe Temperaturen sage, sprechen wir von 1500℃ und mehr.

In Bezug auf die Nachbearbeitung gibt es mindestens zwei Schritte. Die erste ist die chemische Entbinderung, bei der wir ein Stück in ein Lösungsmittel tauchen, um das Bindemittel oder zumindest Teile davon zu entfernen. Der zweite ist der Sinterschritt, bei dem wir ein Teil bei sehr hoher Temperatur sintern, um ein Keramikteil mit hoher Dichte herzustellen.

Warum haben Sie sich entschieden, Ihre Pulver auf FDM umzustellen? Haben Sie Pläne, auf andere Technologien auszuweiten?

Aus unserer Sicht als Rohstofflieferant ist es unser Ziel, möglichst viele potenzielle Kunden zu erreichen. Da FDM die am weitesten verbreitete 3D-Drucktechnologie ist, haben wir uns entschieden, dort anzufangen. Dies macht auch die Möglichkeit des Desktop-3D-Drucks für Keramik, der etwas wirklich Neues ist, viel erreichbarer.

Der Einsatz von Desktop-3D-Druck zur Herstellung von Keramik existiert derzeit nicht wirklich. Es gibt zwar einige Maschinen für die industrielle Produktion, diese erfordern jedoch einen sehr hohen Kapitaleinsatz und sind stark auf die Produktion ausgerichtet, nicht auf Rapid Prototyping oder Desktop Printing. Wir wollen dies ändern.

Aber obwohl wir mit FDM angefangen haben, planen wir in Zukunft auch auf andere Technologien umzusteigen.

Wie geht das? Sehen Sie, wie sich der Markt für den 3D-Druck von Keramik entwickelt?

Der Markt für keramischen 3D-Druck ist noch sehr jung. Tatsächlich ist der Keramikmarkt, wenn man sich Metalle und Kunststoffe ansieht, derzeit recht klein. Im Moment gibt es vielleicht weniger als 10 Unternehmen weltweit, die funktionierende Systeme für den 3D-Druck von Keramik anbieten, was nicht viel ist. Der Hauptgrund dafür ist die Herausforderung des 3D-Drucks von Keramik.

Dennoch sehen wir ein enormes Potenzial für die Zukunft der Technologie. Wir können die Anwendungen unserer Kunden sehen:Keramikhersteller, Keramikanwender in der Luft- und Raumfahrt, in der Luxusbranche und einigen anderen Branchen möchten diese Technologie wirklich nutzen. Wir gehen daher davon aus, dass sich dieser Markt rasant entwickeln wird.

Denken Sie auch daran, dass die Technologie neuer ist:In Bezug auf die Evolution liegt der 3D-Druck mit Keramik wahrscheinlich 10 bis 15 Jahre hinter dem 3D-Druck von Metall zurück. Ich kann mir also vorstellen, dass wir in 10 Jahren erhebliche Fortschritte im keramischen 3D-Druck für die Produktion erreicht haben.

Wo passt Nanoe in diese Marktlandschaft?

Erstens ist unsere Technologie völlig neu. Das gebräuchlichste Verfahren für den keramischen 3D-Druck basiert auf der Stereolithographie unter Verwendung lichtempfindlicher Harze. Unsere Technologie ist anders. Unsere Materialien ermöglichen es Ihnen, Keramikteile schneller herzustellen und größere Teile herzustellen. Die Geometrien, die wir herstellen können, haben sogar einige Vorteile.

Außerdem haben wir einen großen Vorteil gegenüber anderen Lösungen für den keramischen 3D-Druck:Da wir Rohstofflieferant und kein Maschinenhersteller sind, wollen wir unsere Rohstoffe an bestehende Maschinen auf dem Markt.

Aktuelle Lösungen auf dem Markt für den keramischen 3D-Druck basieren auf der gegenteiligen Prämisse:der Entwicklung neuer Maschinen zum 3D-Drucken von Keramik. Dies ist eine ganz andere Perspektive.

Durch unseren Ansatz können wir ein breiteres Spektrum von Menschen erreichen, die eher mit dem Konzept des 3D-Drucks von Metallen oder Kunststoffen vertraut sind. Auf diese Weise können wir auch die Vorteile des 3D-Drucks von Keramik einfacher darstellen.

Wie sehen Sie die Entwicklung der additiven Fertigung in den nächsten fünf Jahren?

Als allgemeiner Trend sehen wir einen Wechsel vom Prototyping und Testen hin zur eigentlichen Produktion von Endteilen – Teilen, die in Flugzeuge transportiert werden, zum Beispiel in Satelliten.

Die Industrie spielt seit langem mit dem 3D-Druck, insbesondere im Prototypen- und Werkzeugbau, aber ich glaube, dass es bei den Endteilen eine enorme Entwicklung gibt. Das ist der wichtigste Trend, den wir beobachten.

Möchten Sie noch etwas hinzufügen?

Sowohl beim Keramik- als auch beim Metall-3D-Druck sehen wir oft, dass viele Unternehmen Schwierigkeiten haben, diese Technologien einzusetzen. Die Investitionskosten in eine Metall- oder Keramik-3D-Druckmaschine sind immer noch sehr hoch – wir sprechen von Hunderttausenden, wenn nicht sogar einer Million Euro.

Viele Unternehmen stehen noch am Anfang mit diesen Technologien und haben noch keinen klaren Anwendungsfall entwickelt. Sie wollen nur sehen, was mit der Technologie möglich ist. In diesem Fall müssen KMU (kleine und mittlere Unternehmen) einen so hohen Aufwand rechtfertigen.

Hier passt Nanoe:Unsere Vision ist es, den Desktop-Keramik-3D-Druck Wirklichkeit werden zu lassen. Mit unserer Lösung können Sie mit einer Investition von weniger als 10.000 Euro beginnen, Keramik zu drucken. Wir glauben, dass dies ein großer Schritt ist.

Unser nächstes Ziel wird es sein, dasselbe mit Metallen zu erreichen – nämlich eine Lösung für den Desktop-3D-Druck von Metallen zu entwickeln. Wir werden dies nächsten Monat auf der Formnext vorstellen.

Weitere Informationen zu Nanoe finden Sie unter: https://www.nanoe.com .