22.07.2014 · Article · Technologien

Hochfeste Oxidkeramiken: Filigrane Strukturen dank Laserschmelzverfahren

| Oxidkeramiken wie Aluminiumoxid (Al ₂ O ₃ ) und Zirkonoxid (ZrO ₂ ) finden wegen ihrer hervorragenden Materialeigenschaften auch in der Zahnmedizin Anwendung. Konventionelle subtraktive Fertigungsverfahren, bei denen das Werkstück aus einem Rohling gefräst und danach gebrannt wird, beschränken allerdings den Einsatz durch unzureichende Geometriefreiheit und Schrumpfung. Diese Limitierungen können durch die Verwendung von additiven Techniken überwunden werden, bei denen komplexe Bauteile ‒ basierend auf CAD-Daten ‒ mit einem Laser schichtweise aufgebaut werden. |

An der RWTH Aachen wird die Möglichkeit des „Additive manufacturing“ von Al₂O₃/ZrO_2-Keramikpulvern mittels Laserstrahlschmelzen (Selective Laser Melting / SLM) untersucht. Ziel der Versuchsreihen ist die Entwicklung eines Prozesses zur endkonturgetreuen Verarbeitung purer Keramiken durch Laserstrahlschmelzen mit Bauteildichten von bis zu 100 Prozent ohne die Notwendigkeit einer thermischen Nachbehandlung. Dabei soll Rissentstehung durch die Verwendung einer Hochtemperatur-Vorheizung unterdrückt werden, wobei konkurrierende Vorheizkonzepte entwickelt und anhand thermoanalytischer Messungen und resultierenden Bauteileigenschaften verglichen werden.

Die Verwendung des eutektischen Pulvergemischs von Al₂O₃/ZrO₂ resultiert dabei in einer feinkörnigen Mikrostruktur mit Biegefestigkeiten von bis zu 1.150 MPa. Mit einer Hochtemperatur-Vorheizung konnten filigrane Strukturen mit einer Wandstärke von <300 µm und einer Oberflächenrauheit von Rz <70 µm erreicht werden. Zu Demonstrationszwecken wurden vollkeramische Dentalrestaurationen hergestellt, anhand derer das Potenzial zur Herstellung individueller, endkonturgetreuer und hochfester Keramikbauteile mittels Selective Laser Melting gezeigt wird.