23.06.2021 – Kategorie: Fertigung & Prototyping

Keramik-3D-Druck: Wie sich die Fertigung von Ziegeln optimieren lässt

Keramik-3D-Druck: Verbesserte Extrusionswerkzeuge für die ZiegelherstellungQuelle: Hilgenberg-Ceramics GmbH & Co. KG
Mit Keramik-3D-Druck ließ sich das Mundstück zur Extrusion von Ziegeln so individuell anpassen, dass neue funktionale Ziegelformen herstellbar sind.
  • Moderne Ziegel müssen vielen Ansprüchen gerecht werden und entwickeln sich immer mehr zu High-Tech-Produkten.
  • Mit Keramik-3D-Druck konnte Hilgenberg-Ceramics das Mundstück zur Extrusion von Ziegeln individuell anpassen.
  • So sind bisher unmögliche, neue, funktionale Ziegelformen herstellbar.
  • Auch die Standzeit des 3D-gedruckten Werkzeuges aus Al2O3-Keramik ist der eines Werkzeugs aus konventionellem Stahl deutlich überlegen.

Mit Werkzeugeinsätzen aus Keramik konnte Hilgenberg-Ceramics das Mundstück zur Extrusion von Ziegeln so individuell anpassen, dass sich bisher unmögliche, neue, funktionale Ziegelformen fertigen ließen. Auch die Standzeit des im Keramik-3D-Druck gefertigten Werkzeugs übertrifft deutlich die seines Pendants aus konventionellem Stahl.

Ein moderner Ziegel muss sehr vielen Ansprüchen gerecht werden. Steigende Energiekosten und immer strengere Vorgaben beim Neubau lassen die Anforderungen an die thermische Isolation eines Ziegels stetig steigen. Relevante Eigenschaften sind zudem die Schalldämmung und die mechanische Stabilität. Durch diverse Entwicklungen der letzten Jahre ist der Ziegel schon längst kein einfacher Backstein aus Ton mehr, sondern vielmehr ein High-Tech Produkt geworden. Verständlich, dass so in den letzten Jahren auch die Ansprüche an die Formgenauigkeit immer weiter gestiegen sind. Der ungebrochene Trend zu mehr Schalldämmung zwingt die Hersteller nicht nur feinere Hohlräume und dünnere Stege zu fertigen, sondern auch teilweise durch ein raffiniertes System den Schall zu zerstreuen, ähnlich wie bei einem Schalldämpfer. Dies erreicht man durch eine schallschluckende Wand im Inneren des Ziegels. Man spricht von einer Funktionalisierung des Ziegels.

Keramik-Werkzeugeinsätze lassen sich individuell in 3D drucken und dann in bestehende Extrusionswerkzeuge einsetzen. Bildquelle: Hilgenberg-Ceramics GmbH & Co KG.

Auf das Extrusionswerkzeug kommt es an

Die Ziegel entstehen mittels Extrusion. Dabei wird die keramische Masse (Ton) durch ein Mundstück gepresst. Das Lochbild des Ziegels ergibt sich durch die Platzhalter, die sogenannten Extrusionskerne. Während der Extrusion umströmt der Ton die Extrusionskerne im Mundstück und hinterlässt danach Hohlräume, was schlussendlich zum Layout des Ziegels aus Stegen und Hohlräumen führt. Das präzise einzustellende Lochbild macht die Auslegung des Mundstücks extrem aufwändig. Denn mit zunehmender Komplexität treten im Mundstück Inhomogenitäten in der Materialströmung, sowie Verwirbelungen und unerwünschte Texturen auf. Um dem entgegenzuwirken, muss idealerweise die Geometrie jedes einzelnen Extrusionskerns einzigartig sein, um an der jeweiligen Stelle einen optimalen Fluss zu garantieren.

Mit Keramik-3D-Druck zum perfekten Werkzeug

Für ein Entwicklungsprojekt mit dem Partner Mein Ziegelhaus, dem Forschungszentrum des Mittelstandsverbundes für Ziegel, konnte Hilgenberg-Ceramics im 3D-Druck topologie-optimierte Extrusionkerne aus hochreinem Aluminiumoxid (Al2O3) herstellen. Damit konnte das Unternehmen in wenigen Wochen die Entwicklung neuer Ziegellayouts vorantreiben — und das zu vergleichsweise geringen Kosten. Die 3D-gedruckten Extrusionskerne aus Aluminiumoxid sind so hart und verschleißfest wie Saphir. Dadurch konnten diese auch deutlich höhere Standzeiten erreichen, als es mit konventionellen Stahlkernen möglich gewesen wäre. Das Entwicklungsprojekt habe gezeigt, dass man mit dem 3D-gedruckten Extrusionswerkzeug aus Keramik in der Ziegelfertigung schneller, innovativer und auf lange Sicht günstiger aufgestellt ist als mit den konventionellen Werkzeugen aus Stahl.

Keramik-3D-Druck hat noch viel Zukunftspotenzial

Der Einsatz des keramischen 3D-Drucks zur Fertigung individueller Extrusionskerne hat funktioniert. Mit den neuen Erkenntnissen aus dem Projekt lässt sich die Fertigung von Ziegeln in Zukunft noch weiter optimieren. Durch den 3D-Druck ist jede Anpassung schnell umsetzbar.

Bild oben: Mein Ziegelhaus Geschäftsführer Tristan Klein und Alex Hilgenberg, Geschäftsführer der Hilgenberg-Ceramics GmbH & Co KG. Bildquelle: Hilgenberg-Ceramics GmbH & Co KG

Weitere Informationen: https://hilgenberg-ceramics.de/

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