Aufschlussreiches Interview mit Lithoz-CEO Dr. Johannes Homa über die Zukunft des keramischen 3D-Drucks

Keramik-3D-Druck ist noch eine relativ neue additive Fertigungstechnologie. Trotz ihrer Neuheit findet keramischer 3D-Druck seinen Weg in viele Branchen – von Medizin und Dental über Luft- und Raumfahrt bis hin zu Luxusgütern.

Lithoz-CEO Dr. Johannes Homa

Derzeit entwickeln nur wenige Unternehmen 3D-Drucktechnologie für Keramik. Eines davon ist der österreichische Hersteller Lithoz. Wir sprachen mit Lithoz-CEO und Gründer Dr. Johannes Homa über den aktuellen Stand des keramischen 3D-Drucks, einige seiner spannenden Anwendungen und die Vorteile des 3D-Drucks als digitale Fertigungstechnologie.

Können Sie uns etwas über Lithoz und Ihre Mission als Unternehmen erzählen?

Lithoz ist ein Technologieanbieter für 3D-Druck von Hochleistungskeramik – wir entwickeln und verkaufen Maschinen, Software und Materialien für den 3D-Druck von Keramik. Wir sind klar der Weltmarkt- und Technologieführer auf diesem Gebiet. Zusätzlich zur Technologieentwicklung unterstützen wir unsere Kunden auch im Bereich Anwendungsentwicklung. Weder die AM-Community noch die Keramikindustrie war an Keramik-3D-Druck gewöhnt. Wir unterstützen beide Seiten so gut wir können.

Wie kamen Sie zur Gründung von Lithoz?

Die Technologie wurde an der Technischen Universität Wien 2006 entwickelt, in Zusammenarbeit mit dem Dentalunternehmen Ivoclar Vivadent AG. 2010 erzielten wir einen Durchbruch: Wir konnten Keramik mit denselben Materialeigenschaften 3D-drucken wie in konventioneller Formgebung. Dieser Meilenstein ermutigte uns, Lithoz als Unternehmen für 3D-Druck von Hochleistungskeramik auszugliedern.

Können Sie die von Lithoz entwickelte Technologie etwas näher erläutern?

Lithoz CeraFab S65 Maschine [Bildnachweis: Lithoz]

Unsere Technologie basiert auf einem Photopolymerisationsprozess, der dem konventionellen Stereolithografie sehr ähnlich ist. Der Unterschied: Bei unserer Technologie werden Keramikpartikel in ein photosensitives Harz dispersiert. Während des Druckprozesses wird dieses Kompositmaterial durch Licht schichtweise ausgehärtet. Das Teil, das aus unserem 3D-Drucker kommt, heißt Grünling – es ist noch kein fertiges Produkt. Der Grünling muss einer Wärmebehandlung unterzogen werden, die das Backen in einem spezialisierten Ofen umfasst. Fachsprachlich: Man entbindert und sintert das Teil, um die gewünschten Eigenschaften eines Keramikteils zu erreichen. Beim Entbindern verbrennt man den Binder, dann sintert man die Keramik auf Volldichte. Das Teil schrumpft, aber das ist ein normales Phänomen bei keramischen Formprozessen.

Können Sie Beispiele für Anwendungen nennen, die mit Ihrer Technologie erreicht wurden?

Medizinische Produkte, 3D-gedruckt mit Lithoz-Keramik-3D-Drucktechnologie [Bildnachweis: Lithoz]

Wir sind in drei verschiedenen Branchen aktiv. Die erste ist Medizin, wo wir resorbierbare und nicht-resorbierbare Implantate und Medizinprodukte haben. Zum Beispiel werden resorbierbare Implantate seit 2017 eingesetzt. Nicht-resorbierbare Implantate sind bio-inert – sie reagieren nicht mit dem menschlichen Körper. Zudem ist die Wärmeleitfähigkeit von Keramik eher gering. Ein weiterer Vorteil keramischer Implantate im Vergleich zu metallischen: Patienten spüren keine Schmerzen, wenn sie in direktem Sonnenlicht sind oder heiße Duschen nehmen. Die dritte medizinische Anwendung sind Medizinprodukte, wo man isolierende, nicht-magnetische Eigenschaften der Keramik braucht. Keramiken sind ideal für die Medizin, weil sie bio-inert sind und keine allergischen Reaktionen hervorrufen, was bei Metallen oder Kunststoffen der Fall sein kann. Ein weiterer Fokus sind Gusskerne für Turbinenschaufeln. Turbinenschaufeln haben ein internes Kühlsystem, um die Schaufel während des Betriebs abzukühlen. Mit dem Trend zu höherer Effizienz durch höhere Temperaturen wurden die Designs solcher Kühlsysteme anspruchsvoller. Der Grad der Raffinesse bedeutet, dass diese Designs nicht mehr spritzgegossen werden können – ein neuer Fertigungsansatz ist nötig. Additive Fertigung erweist sich als ideale Lösung für diese Kerne. Ein weiterer Fokus sind technische Keramiken – fortschrittliche Keramikmaterialien, die in allem verwendet werden, von Satellitenkomponenten wie Spiegelhaltern und Hochfrequenzkomponenten bis hin zu Maschinenbauteilen, z. B. für Textilmaschinen und Halbleiteranlagen. Das bedeutet eine breite Palette von Anwendungen für unsere Technologie, einschließlich Luxusgütern.

Kann diese Technologie auch mit Metallen eingesetzt werden?

Das ist eine großartige Frage. Unsere Philosophie ist, dass wir unsere Technologie an das Pulver anpassen und nicht umgekehrt. Das bedeutet, wir konnten unsere Technologie auf Metalle anpassen. Wir waren so erfolgreich, dass wir sogar ein Spin-out-Unternehmen gründeten. Jetzt gibt es ein Unternehmen namens Incus, das Metall-3D-Druck mit einem Photopolymerisationsansatz betreibt. Mit dieser Technologie kann man hohe Auflösung, gute mechanische Eigenschaften und hohe Präzision erreichen – Teile vergleichbar mit Metall-Spritzguss-Teilen.

Wie ist der aktuelle Stand des keramischen 3D-Drucks in Bezug auf das Verständnis der Technologie?

Keramischer 3D-Druck ist eine der jüngsten Technologien im 3D-Druck, daher ist die Wissensbasis noch nicht so gut entwickelt. Gerade heute erhielt ich eine E-Mail von einem Kunden, der ein Meeting mit seinem C-Level-Executive hatte, der überrascht war, dass das Potenzial für 3D-Druck keramischer Teile in ihrem Unternehmen größer war als für metallische Teile.

Wir sehen viele Anwendungen, aber keramische AM ist in der 3D-Druck-Industrie noch nicht so bekannt. Das beginnt sich aber zu ändern. Leute haben gesehen, dass es Limitationen bei Kunststoffen und Metallen gibt, die durch Keramik überwunden werden können.

Wie würden Sie einem Unternehmen raten, das das Potenzial von keramischem 3D-Druck oder 3D-Druck allgemein prüft, aber nicht weiß, wo es bei der Technologieeinführung anfangen soll?

Das ist eine sehr schwierige Frage, weil der Business Case meist nicht einfach auf dem Schreibtisch liegt. Der einfachste Einstieg ist, 3D-Druck für Prototypen zu erkunden. So kann man anfangen, die Technologie zu lernen. Dann fängt man an, mit Kunden zu sprechen und in sein Portfolio zu schauen, welche Teile für 3D-Druck Sinn machen. Die größte Herausforderung ist, ein für additive Produktion geeignetes Teil zu finden. Aus Designperspektive sollte dieses Teil sehr anspruchsvoll sein und idealerweise nicht mit anderen Technologien herstellbar. Hat man es gefunden, hat man einen Wettbewerbsvorteil. Zusammengefasst: Man sucht nicht nur nach low-hanging fruits, sondern nach einem Projekt, das man im Unternehmen aufsetzt. Und es sollte eher top-down als bottom-up sein. Am Anfang ist es schwer, das volle Potenzial von AM zu sehen. Jedes Unternehmen, das 3D-Druck einführt, muss Mühe investieren, dieses Potenzial auszugraben. Aber einmal ein passender Use Case gefunden, öffnet sich viele Türen.

Was sind einige der Herausforderungen beim 3D-Druck von Keramik?

Ein häufiges Problem: Leute wollen Teile 3D-drucken, die in konventionellen Formgebungsverfahren bereits gut etabliert sind. Deshalb sind sie überrascht, dass additive Fertigung in den meisten Fällen teurer ist als konventionelle Technologien. Was verstanden werden muss: Ein traditionell gefertigtes Teil mit Hilfe von 3D-Druck nachzubauen, macht es in den meisten Fällen nicht billiger. Eine weitere Herausforderung: Man kann Materialwissenschaftsprobleme nicht mit additiver Fertigung überwinden. AM ist nur eine Formgebungstechnologie. Sie löst keine Probleme beim Sintern, das für die Keramikverarbeitung zwingend ist. Zum Beispiel: Multi-Material-Keramikteile zu 3D-drucken ist einfach. Aber sie dann ko-sintern zu können, wäre herausfordernd. Ich glaube, solche Überlegungen werden manchmal unterschätzt.

Ein aktueller Bericht von SmarTech Analysis besagt, dass das Wachstum des keramischen 3D-Drucks weitgehend durch Endbauteilproduktion getrieben wird. Was sind Ihre Gedanken dazu?

[Bildnachweis: Lithoz]

Ich stimme voll zu. Als wir vor 10 Jahren starteten, hatte niemand eine Ahnung von Hochleistungskeramik-3D-Druck. Und jetzt sehen wir so viele Anwendungen, von denen wir selbst nicht wussten. Ich glaube fest daran, dass Keramiken die Materialien der Zukunft sind und wir erst am Anfang dieser Reise stehen. In den letzten 10 Jahren mussten wir zeigen und beweisen, dass 3D-Druck auch mit Keramik möglich ist – jetzt fangen Leute an, diese Technologie zu nutzen.

Was ich auch denke, dass Leute jetzt anfangen zu realisieren: Digitale Technologien wie AM können eine Lösung für Lockdowns sein, dank digitaler Lagerbestände, die mit der Technologie möglich sind.

Können Sie etwas ausführen, wie digitale Technologien und 3D-Druck Unternehmen unterstützen können?

Während der COVID-19-Krise gab es Lockdowns bestimmter Lieferanten. Beispiel Spritzguss: Ein Lieferant hat das Werkzeug, und wenn man ein Teil wieder produzieren will, geht man zum Lieferanten und bittet ihn, mehr Teile zu fertigen – in normaler Umgebung macht er das. Aber COVID-19 macht die globale Lieferkette viel fragiler und gestörter. Viele Unternehmen können ihre Lieferanten nicht erreichen oder die Lieferanten können nicht produzieren. Andererseits: Bei additiver Fertigung ist das einzige Werkzeug die Maschine selbst. Die Maschine kann hier in Europa, in den USA, in Asien, praktisch überall stehen – man muss nur die Daten an die Maschine übertragen und das Teil sofort drucken, ohne Werkzeuge. Natürlich muss man das Teil für AM qualifizieren, aber insgesamt gibt die Technologie viel mehr Flexibilität. Ein weiterer Punkt: Die digitale Natur von AM ermöglicht, Design-Dateien in virtueller Speicherung statt physischem Lager zu halten und on-demand zu drucken.

Wie sehen Sie die Entwicklung des keramischen 3D-Drucks in den nächsten Jahren?

Ich glaube, es gibt großes Potenzial. Im Gegensatz zu anderen AM-Technologien muss keramische AM von Anfang an die Anforderungen eines hochwertigen Teils erfüllen. Wenn man ein Keramikteil braucht, muss es dieselben Materialeigenschaften haben wie in konventioneller Fertigung – selbst wenn es nur ein Prototyp ist. Weil man es in rauer Umgebung einsetzt – hohe Temperaturen, korrosive Umgebung. Wenn man einen visuellen Prototyp will, macht man ihn aus Kunststoff, nicht aus Keramik. Bei Keramik-AM will man immer funktionales Prototyping – also produzierten wir von Anfang an Losgröße 1.

Was hält das kommende Jahr für Lithoz bereit?

Wir sehen zwei unterschiedliche Folgen der Pandemie für unser Geschäft. Erstens: Eine kleinere Gruppe unserer Kunden macht eine Pause bei additiver Fertigung und fokussiert sich auf anderes. In einer anderen Gruppe sehen wir mehr Unternehmen, die viel stärker in additive Fertigung schauen, wegen der Vorteile digitaler Produktionstechnologie – digitales Lager, Möglichkeit, Lieferkette zu stabilisieren. Während die aktuelle Situation schlecht für die Weltwirtschaft ist, sehe ich, dass Unternehmen jetzt das Potenzial additiver Fertigung erkennen, weil Menschen anfangen, anders zu denken und digitale Produktionstechnologien als Mittel betrachten, diese Probleme zu überwinden. Für Lithoz glauben wir nicht, dass diese Krise großen Einfluss auf unseren Umsatz und Verkauf hat. Die Zukunft ist sehr hell für uns. Wir haben viele Projekte laufen, die wir derzeit nicht offenlegen können. Sie werden in der Zukunft auftauchen, und die Leute werden sehr überrascht sein, was bereits mit keramischem 3D-Druck möglich ist.