Sand, Metall, Keramik und Hybrid – vier Werkstoffe, ein Verfahren

Eines der größten Stärken des Binder Jetting Verfahrens liegt in seiner außergewöhnlichen Materialflexibilität. Anders als thermische Druckverfahren – etwa das selektive Lasersintern – arbeitet Binder Jetting ohne Wärmeeintrag während des eigentlichen Druckprozesses. Genau das macht es möglich, eine ungewöhnlich breite Werkstoffpalette zu verarbeiten:

• Sand
• Metall
• Keramik
• Hybridwerkstoffe

Was sich dahinter verbirgt und welche konkreten Anwendungsfelder sich für jeden dieser Werkstoffe eröffnen, zeigen die folgenden Beispiele – vom industriellen Serienvolumen bis hin zur Schutzausrüstung für Soldatinnen und Soldaten.

Sand: 100.000 Kerne pro Jahr – Serienproduktion in der Gießerei

Beginnen wir mit einem der eindrucksvollsten Belege dafür, dass Binder Jetting längst kein Prototyping-Verfahren mehr ist: der Sandkernfertigung für Aluminiumgießereien.

Weltweit werden jährlich rund 100.000 Sandkerne mittels Binder Jetting produziert – und zwar für einen einzigen Anwendungsfall: die Herstellung von Zylinderköpfen für Sechszylindermotoren. Diese Kerne ermöglichen Kühlkanalgeometrien, die mit konventionellen Fertigungsverfahren schlicht nicht realisierbar wären. Gleichzeitig lässt sich durch das Design der Kerne das Gewicht des Zylinderkopfs gezielt reduzieren.

Dieses Beispiel macht deutlich: Binder Jetting ist in der Industrie angekommen. Die Technologie wird nicht mehr nur zum Testen eingesetzt, sondern trägt in hochvolumigen Serienfertigungen zur Wertschöpfung bei.

Metall: Chirurgische Instrumente und sichere Lieferketten

Im Bereich der metallischen Werkstoffe bietet Binder Jetting eine interessante Alternative zu etablierten Verfahren – insbesondere dort, wo Variantenvielfalt und Lieferkettensicherheit eine Rolle spielen.

Ein konkretes Beispiel sind Maulzangen, chirurgische Instrumente für minimalinvasive Eingriffe. Klassisch werden sie im CNC-Verfahren gefräst, einige Hersteller setzen inzwischen auf das Metal Injection Moulding (MIM) – ein Verfahren, das dem Binder Jetting in seiner Prozesskette ähnelt, jedoch ein formgebendes Werkzeug erfordert. Genau das entfällt beim 3D-Druck: kein Werkzeug, keine langen Anlaufzeiten, volle Geometriefreiheit.

Der eigentliche Treiber für den Wechsel zum Binder Jetting ist jedoch ein struktureller: Viele Zulieferer für medizinische Instrumente sitzen in Fernost. Unsichere Transportwege, geopolitische Risiken und zusätzlich die durch den wachsenden Rüstungsmarkt eingeschränkten Produktionskapazitäten setzen Hersteller unter Druck. Binder Jetting schafft hier die Möglichkeit, Produktion lokal und flexibel aufzubauen – unabhängig von langen Lieferketten und schwankenden Kapazitäten.

Hybridwerkstoffe: Härte trifft Zähigkeit

Hybridwerkstoffe vereinen Eigenschaften, die in der Natur selten gemeinsam auftreten. Ein Paradebeispiel ist Wolframkarbid-Kobalt (WC-Co), ein Werkstoff, der in Werkzeuganwendungen eingesetzt wird.

Die Kombination ist clever: Wolframkarbid liefert die extreme Härte, wie man sie aus der Keramikwelt kennt – Kobalt bringt die Zähigkeit und Duktilität eines Metalls mit. Das Ergebnis ist ein Werkstoff, der mechanischen Beanspruchungen standhält, die weder ein reines Keramik- noch ein reines Metallbauteil allein bewältigen könnte.

Binder Jetting ermöglicht es, solche Hybridmaterialien zu verarbeiten und dabei komplexe Geometrien zu realisieren, die konventionell kaum oder nur mit großem Aufwand herstellbar wären.

Keramik: SiSiC und das Ende des Schrumpfproblems

Technische Keramiken gelten als besonders anspruchsvoll in der additiven Fertigung – und genau hier zeigt Binder Jetting sein volles Potenzial.

Ein besonders vielversprechender Werkstoff ist SiSiC – siliziuminfiltriertes Siliziumkarbid. Im Gegensatz zu metallischen Bauteilen werden SiSiC-Teile nach dem Druck nicht gesintert, sondern infiltriert. Der Unterschied ist bedeutsam: Beim Sintern schrumpfen Bauteile um bis zu 20 Prozent – ein erheblicher Faktor, der die Bauteilgröße limitiert und die Maßhaltigkeit erschwert. Bei der Infiltration hingegen liegt der Schrumpf nur zwischen 2 und 5 Prozent. Das eröffnet die Möglichkeit, auch deutlich größere Bauteile reproduzierbar herzustellen – wie etwa großflächige Body-Armor-Platten für die Verteidigungsindustrie.

Materialeigenschaften, die überzeugen

SiC bringt ein beeindruckendes Eigenschaftsprofil mit, das es für eine Reihe von Hochleistungsanwendungen prädestiniert:

• Extrem hohe Härte bei geringem Gewicht: Im Vergleich zu einem gängigen Edelstahl ist Siliziumkarbid rund 60 Prozent leichter – bei deutlich höherer Härte.
• Hervorragende thermische Leitfähigkeit: Ideal für Wärmetauscheranwendungen.
• Hohe chemische und thermische Beständigkeit: Geeignet für Extremumgebungen – einschließlich des Weltraums.

Anwendung in der Verteidigungsindustrie

Ein besonders anschauliches Einsatzfeld ist der ballistische Schutz. Schutzplatten aus SiSiC lassen sich geometrisch exakt an die Körperform der Träger anpassen – ein Vorteil gegenüber standardisierten Lösungen, die immer Kompromisse bedeuten. Gleichzeitig lässt sich durch gezielte Designanpassungen Gewicht einsparen, was im Einsatz einen unmittelbaren Unterschied macht.

Der entscheidende Vorteil des Binder Jetting liegt dabei auf der Hand: Für die Herstellung ist kein Werkzeug erforderlich. Das bedeutet, dass sich unterschiedlichste Geometrien und Varianten ohne Rüstkosten oder lange Anlaufzeiten produzieren lassen. Gerade im Fahrzeugbereich – etwa für gepanzerte Fahrzeuge – ergeben sich daraus vielversprechende Ansätze für maßgeschneiderte SiSiC-Bauteile.

Fazit

Die Materialvielfalt ist einer der zentralen Wettbewerbsvorteile des Binder Jetting Verfahrens. Sand für Gießereikerne in der Serienfertigung, Metall für kritische medizinische Instrumente, Hybridwerkstoffe für extreme Beanspruchungen und technische Keramiken für Hochleistungsanwendungen – jedes dieser Felder profitiert auf seine eigene Weise von der Freiheit, die der werkzeuglose, nichtthermische Druckprozess bietet.

Das Verfahren zeigt damit eindrucksvoll: Binder Jetting ist kein Nischenansatz, sondern eine universelle Fertigungstechnologie – mit einem Materialspektrum, das konventionellen Verfahren in vielen Dimensionen überlegen ist.

Als 3D-Druck-Dienstleister und -Reseller mit Sitz in Esslingen am Neckar fertigen wir auf unserem modernen Maschinenpark Bauteile im Binder Jetting-Verfahren – von Prototypen über Kleinserien bis hin zur Serienproduktion.

Darüber hinaus unterstützen wir Sie bei der Auswahl und Beschaffung der passenden Anlagentechnologie für Ihre eigene Inhouse-Produktion. Von der Potenzialanalyse über die Prozessauslegung bis hin zur Implementierung vor Ort begleiten wir Sie auf dem Weg zu einer erfolgreichen Einführung der Technologie.

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