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. Doch trotz seiner Neuheit hält der 3D-Keramikdruck in vielen Branchen Einzug, von der Medizin- und Zahnmedizin bis hin zur Luft- und Raumfahrt und Luxusgütern.

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Lithoz-CEO Dr. Johannes Homa

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Derzeit entwickeln nur eine Handvoll Unternehmen 3D-Drucktechnologie für Keramik. Ein solches Unternehmen ist der österreichische Hersteller Lithoz.  Wir haben uns mit dem CEO und Gründer von Lithoz, Dr. Johannes Homa, getroffen, um den aktuellen Stand des keramischen 3D-Drucks, einige seiner spannenden Anwendungen und die Vorteile des 3D-Drucks als digitale Fertigungstechnologie zu besprechen.

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

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‍ Lithoz ist ein Technologieanbieter für den 3D-Druck von Hochleistungskeramik, das heißt wir entwickeln und vertreiben Maschinen, Software und Materialien für den 3D-Druck von Keramik. Auf diesem Gebiet sind wir eindeutig Weltmarkt- und Technologieführer. Neben der Technologieentwicklung unterstützen wir unsere Kunden auch im Bereich der Anwendungsentwicklung. Weder die AM-Community noch die Keramikindustrie waren an den 3D-Druck von Keramik gewöhnt. Wir unterstützen beide Seiten so gut wir können.

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‍Wie sind Sie auf die Gründung von Lithoz gekommen?

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‍ Die Technologie wurde bereits 2006 an der Technischen Universität Wien in Zusammenarbeit mit dem Dentalunternehmen Ivoclar Vivadent AG entwickelt. Im Jahr 2010 gelang uns dann der Durchbruch:Wir konnten Keramiken mit den gleichen Materialeigenschaften wie in der herkömmlichen Umformtechnik 3D-drucken. Dieser Meilenstein hat uns dazu ermutigt, Lithoz als Unternehmen für den 3D-Druck von Hochleistungskeramik auszugründen.

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‍Können Sie die von Lithoz entwickelte Technologie etwas näher erläutern?

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Lithoz CeraFabS65-Maschine [Bildnachweis:Lithoz]

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Unsere Technologie basiert auf einem Photopolymerisationsprozess, der der herkömmlichen Stereolithographie sehr ähnlich ist. Der Unterschied besteht darin, dass bei unserer Technologie die Keramikpartikel in einem lichtempfindlichen Harz dispergiert werden. Beim Druckvorgang wird dieser Verbundwerkstoff durch Licht Schicht für Schicht verfestigt. Das Teil, das aus unserem 3D-Drucker kommt, wird Grünkörper genannt, was bedeutet, dass es sich noch nicht um ein fertiges Produkt handelt. Der Grünling muss einer Wärmebehandlung unterzogen werden, bei der ein Teil in einem Spezialofen gebrannt wird. Technisch gesehen entbindern und sintern wir das Teil, um die gewünschten Eigenschaften eines Keramikteils zu erreichen. Beim Entbinderungsprozess wird das Bindemittel abgebrannt und anschließend die Keramik bis zur vollen Dichte gesintert. Das Teil unterliegt einer Schrumpfung, die jedoch bei keramischen Umformprozessen ein normales Phänomen ist.

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

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

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Wir sind in drei verschiedenen Branchen tätig. Der erste Bereich ist medizinisch, wo wir resorbierbare und nicht resorbierbare Implantate und medizinische Geräte anbieten. Beispielsweise sind resorbierbare Implantate seit 2017 im Einsatz. Nicht resorbierbare Implantate sind hingegen bioinert, das heißt, sie reagieren nicht mit dem menschlichen Körper. Darüber hinaus ist die Wärmeleitfähigkeit von Keramik eher gering. Ein weiterer Vorteil von Keramikimplantaten im Vergleich zu Metallimplantaten besteht darin, dass Menschen keine Schmerzen verspüren, wenn sie direktem Sonnenlicht ausgesetzt sind oder heiße Duschen nehmen. Die dritte medizinische Anwendung sind medizinische Geräte, bei denen einige isolierende, nichtmagnetische Eigenschaften der Keramik erforderlich sind. Keramik ist ideal für die medizinische Industrie, da sie bioinert ist und keine allergischen Reaktionen hervorruft, wie dies bei Metallen oder Kunststoffen der Fall sein könnte. Ein weiterer Schwerpunkt ist das Gießen von Kernen für Turbinenschaufeln. Turbinenschaufeln verfügen über ein internes Kühlsystem, um die Schaufel während des Betriebs abzukühlen. Mit dem wachsenden Trend zur Effizienzsteigerung durch Temperaturerhöhung sind die Konstruktionen solcher Kühlsysteme immer ausgefeilter geworden. Der Grad der Raffinesse bedeutet, dass die Designs nicht mehr spritzgegossen werden können und daher ein neuer Herstellungsansatz erforderlich ist, um sie herstellen zu können. Die additive Fertigung erweist sich für diese Kerne als ideale Lösung. Ein weiterer Schwerpunkt für uns ist die technische Keramik. Hierbei handelt es sich um fortschrittliche Keramikmaterialien, die in allen Bereichen eingesetzt werden, von Satellitenkomponenten wie Spiegelhaltern und Hochfrequenzkomponenten bis hin zu Maschinenbauteilen, beispielsweise für Textilmaschinen und Halbleitermaschinen. Das bedeutet also, dass es ein breites Anwendungsspektrum für unsere Technologie gibt, einschließlich Luxusgütern.

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‍Kann diese Technologie auch bei Metallen angewendet werden?

‍ Das ist eine tolle Frage.  Unsere Philosophie ist, dass wir unsere Technologie an das Pulver anpassen und nicht umgekehrt. Das bedeutet, dass wir unsere Technologie an Metalle anpassen konnten. Wir waren so erfolgreich, dass wir das Unternehmen sogar ausgegliedert haben. Jetzt gibt es ein Unternehmen namens Incus, das den 3D-Metalldruck mithilfe eines Photopolymerisationsansatzes herstellt. Mit dieser Technologie können hohe Auflösungen, gute mechanische Eigenschaften und hohe Präzision erreicht werden, sodass Teile mit Metallspritzgussteilen vergleichbar sind.

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

‍ Der keramische 3D-Druck ist eine der jüngsten Technologien im 3D-Druck, daher ist die Wissensbasis noch nicht so weit entwickelt. Allerdings erhielt ich erst heute eine E-Mail von einem Kunden, der ein Treffen mit seinem C-Level-Manager hatte, der überrascht war, dass das Potenzial für den 3D-Druck von Keramikteilen in seinem Unternehmen größer sei als für Metallteile.

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Wir sehen, dass es viele Anwendungen gibt, aber Keramik-AM ist in der 3D-Druckindustrie noch nicht so bekannt. Dies beginnt sich jedoch zu ändern. Man hat gesehen, dass es bei Kunststoffen und Metallen Einschränkungen gibt, die durch Keramik überwunden werden können.

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‍Wie würden Sie einem Unternehmen raten, das sich mit dem Potenzial des keramischen 3D-Drucks oder des 3D-Drucks im Allgemeinen befasst, aber nicht weiß, wo es mit der Einführung der Technologie beginnen soll?

‍ Das ist eine sehr schwierige Frage, da der Business Case meist nicht direkt auf dem Schreibtisch liegt. Der einfachste Einstieg besteht darin, den 3D-Druck für Prototypen auszuprobieren. Auf diese Weise können Sie mit dem Erlernen der Technologie beginnen. Anschließend beginnen Sie mit Kunden zu sprechen und sehen sich Ihr Portfolio an, um herauszufinden, welche Teile für den 3D-Druck sinnvoll sind. Die größte Herausforderung besteht darin, ein für die additive Fertigung geeignetes Teil zu finden. Aus gestalterischer Sicht sollte dieses Teil sehr anspruchsvoll sein und im Idealfall nicht mit anderen Technologien hergestellt werden können. Wenn Sie es gefunden haben, haben Sie einen Wettbewerbsvorteil. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Sie nicht nur nach niedrig hängenden Früchten suchen, sondern nach einem Projekt, das Sie in Ihrem Unternehmen auf die Beine stellen. Und zwar eher von oben nach unten und nicht von unten nach oben. Am Anfang kann es schwierig sein, das volle Potenzial von AM zu erkennen. Jedes Unternehmen, das den 3D-Druck einführt, muss einige Anstrengungen unternehmen, um dieses Potenzial auszuschöpfen. Doch wenn Sie erst einmal einen passenden Anwendungsfall gefunden haben, stehen Ihnen viele Türen offen.

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

‍ Ein Problem, mit dem wir häufig konfrontiert sind, ist, dass Menschen Teile in 3D drucken möchten, die in konventionellen Umformtechnologien bereits gut etabliert sind. Daher sind sie überrascht, dass die additive Fertigung tendenziell teurer ist als konventionellere Technologien. Man muss sich darüber im Klaren sein, dass die Reproduktion eines traditionell hergestellten Teils mithilfe des 3D-Drucks es in den meisten Fällen nicht billiger macht. Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass wir materialwissenschaftliche Probleme mit Hilfe der additiven Fertigung nicht lösen können. AM ist lediglich eine Umformtechnologie. Probleme beim Sintern, das für die Keramikverarbeitung zwingend erforderlich ist, werden dadurch nicht behoben. Beispielsweise ist es einfach, Keramikteile aus mehreren Materialien in 3D zu drucken. Allerdings wäre es dann eine Herausforderung, diese Materialien gemeinsam zu sintern. Ich denke, solche Überlegungen werden manchmal unterschätzt.

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‍Ein aktueller Bericht von SmarTech Analysis Staaten dass das Wachstum des 3D-Keramikdrucks weitgehend von der Endteilproduktion getragen wird. Was denken Sie darüber?

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[Bildnachweis:Lithoz]

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Ich stimme voll und ganz zu. Als wir vor 10 Jahren anfingen, hatte noch niemand eine Ahnung vom leistungsstarken 3D-Keramikdruck. Und jetzt sehen wir so viele Anwendungen, von denen selbst wir nichts wussten. Ich bin fest davon überzeugt, dass Keramik das Material der Zukunft ist 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, und jetzt beginnt man, diese Technologie zu nutzen.

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Ich glaube auch, dass den Menschen jetzt langsam klar wird, dass digitale Technologien wie AM dank der mit dieser Technologie möglichen digitalen Inventarisierung eine Lösung für Lockdowns sein können.

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

‍ Während der COVID-19-Krise kam es zu einem Lockdown bestimmter Lieferanten. Beim Spritzgießen hat beispielsweise ein Lieferant das Werkzeug und wenn Sie ein Teil erneut produzieren möchten, gehen Sie zu Ihrem Lieferanten und bitten ihn, weitere Teile für Sie herzustellen, und er wird dies in einer normalen Umgebung tun. Aber die Situation mit COVID-19 macht die globale Lieferkette jetzt viel fragiler und gestörter. Viele Unternehmen können ihre Lieferanten nicht erreichen oder die Lieferanten können keine Teile produzieren.  Bei der additiven Fertigung hingegen ist das einzige Werkzeug, das Sie verwenden, die Maschine selbst. Die Maschine kann hier in Europa, in den Vereinigten Staaten, in Asien oder an jedem beliebigen Ort stehen, und alles, was Sie brauchen, ist, die Daten an die Maschine zu übertragen und das Teil sofort zu drucken, ohne dass Sie dafür Werkzeuge benötigen. Natürlich müssen Sie das Teil für AM qualifizieren, aber insgesamt bietet Ihnen die Technologie viel mehr Flexibilität. Ein weiterer Punkt ist, dass die digitale Natur von AM es Ihnen ermöglicht, Designdateien in einem virtuellen Speicher statt in einem physischen Inventar zu speichern und sie bei Bedarf auszudrucken.

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

‍ Ich denke, dass großes Potenzial vor uns liegt. Allerdings muss Keramik AM im Gegensatz zu anderen AM-Technologien von Anfang an die Anforderungen an ein qualitativ hochwertiges Bauteil erfüllen. Denn wenn Sie ein Keramikteil benötigen, muss dieses die gleichen Materialeigenschaften wie bei der konventionellen Fertigung aufweisen, auch wenn es nur ein Prototyp ist. Das liegt daran, dass Sie es in einer rauen Umgebung wie hohen Temperaturen oder einer korrosiven Umgebung verwenden würden. Wenn Sie einen visuellen Prototyp haben möchten, würden Sie ihn nicht aus Keramik, sondern aus Kunststoff herstellen. Da man mit Keramik AM immer ein funktionsfähiges Prototyping haben möchte, haben wir von Anfang an die Produktion in Losgröße eins durchgeführt.

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‍Was hält das kommende Jahr für Lithoz bereit?

‍ Wir sehen zwei unterschiedliche Folgen der Pandemie für unser Geschäft. Erstens haben wir gesehen, dass eine kleinere Gruppe unserer Kunden eine Pause in der additiven Fertigung eingelegt hat und sich auf andere Dinge konzentriert. In einer anderen Gruppe sehen wir mehr Unternehmen, die sich aufgrund der Vorteile digitaler Produktionstechnologie, wie z. B. digitaler Lagerhaltung und der Möglichkeit, ihre Lieferkette zu stabilisieren, jetzt viel stärker mit additiver Fertigung befassen. Während die aktuelle Situation für die Weltwirtschaft schlecht ist, sehe ich, dass Unternehmen jetzt das Potenzial der additiven Fertigung erkennen, weil die Menschen beginnen, anders zu denken und digitale Produktionstechnologien als Mittel zur Überwindung dieser Probleme in Betracht zu ziehen. Für Lithoz glauben wir nicht, dass diese Krise große Auswirkungen auf unseren Umsatz und Umsatz haben wird. Die Zukunft sieht für uns sehr rosig aus. Wir haben viele Projekte im Gange, die wir derzeit nicht offenlegen können. Sie werden in Zukunft auftauchen und die Menschen werden sehr überrascht sein, was mit dem Keramik-3D-Druck bereits möglich ist.