Porzellantassen per Rapid Prototyping

Laser-Sinterverfahren baut aus CAD-Dateien handfeste Modelle

Wissenschaftler der Technischen Universität Clausthal entwickeln zurzeit mit Förderung der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) ein neuartiges Verfahren zum Aufbau keramischer Prototypen. Im Forschungsschwerpunkt "Rapid Prototyping" am Institut für Nichtmetallische Werkstoffe soll so durch selektives Laser-Sintern der Aufwand der Modell- und Formenherstellung für komplexe keramische Körper drastisch verringert werden.

Beim Entwurf eines neuen Porzellanservices werden bislang von Hand Formen hergestellt, um daraus eine Vorserie zu fertigen. Etwaige Veränderungen des Designs ziehen die zeit- und kostenaufwendige Neuherstellung dieser Formen nach sich. Bei dem neuen Verfahren werden die Modelle mit einem 3D-CAD-System im Rechner erstellt und in Schichten abgespeichert. Ein eigens programmierter Post- Prozessor verarbeitet diese Datensätze in den Laser-Sinteranlagen weiter und verwendet sie zum schichtweisen Aufbau von keramischen Prototypen.

Ein Roboter bringt den Schlicker, eine Mischung aus Wasser und Porzellanpulver, auf einem geheizten Tisch in einer Lage von wenigen Zehntel Millimetern auf. Anschließend verdichtet der Laser durch Temperatureinwirkung diejenigen Bereiche des Pulvers, die das Computermodell für diese Schicht vorsieht. Dann trägt der Roboter eine weitere Pulverlage auf und der Laserprozess beginnt erneut. Nach Aufbringung aller Schichten kann der Prototyp aus dem Pulver herausgelöst und weiterbehandelt, zum Beispiel glasiert und dekoriert werden. Eine fünf Zentimeter hohe Tasse besteht aus 500 Schichten, von denen jede etwa 0,1 Millimeter dick ist.

Bei der Neuentwicklung eines Porzellanservices und damit der raschen Umsetzung einer künstlerischen Idee in ein marktreifes Produkt ist der Herstellungszeitraum der Prototypen von hoher Bedeutung. In der traditionellen Vorgehensweise müssen geringe Stückzahlen genauso aufwendig gefertigt werden wie in der Großserie. Für ein neues Service bedeutet das eine Vorlaufzeit von bis zu einem halben Jahr.

Mit Prototypen mittels Laser-Sintern soll ein komplettes Muster-Service in zwei bis vier Wochen hergestellt werden können. Besonders die in der Forschungsgemeinschaft der Deutschen Keramischen Gesellschaft zusammengeschlossenen kleinen und mittelständischen Betriebe sollen so rasch und ohne großen Investitionsaufwand auf Wünsche und Veränderungen des Marktes reagieren können.