Mikro-Reaktor: Wie technische Keramik und 3D-Druck zusammenfinden

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3D-gedruckte technische Keramik zeichnet sich unter anderem durch Härte, Hitzebeständigkeit und die Möglichkeit komplexer Strukturen aus.

• Das Bosch Start-up Advanced Ceramics verbindet technische Keramik mit 3D-Druck.

• Die 3D-gedruckte Keramik hält hohen Anforderungen stand.

• Von der Medizin über die Mobilität bis zum Zuhause reichen die Einsatzgebiete technischer Keramik.

Premiere im Bereich 3D-Druck: Bosch ist es gemeinsam mit dem Karlsruher Institute of Technology (KIT) und dem Chemieunternehmen BASF erstmals gelungen, einen Mikro-Reaktor aus technischer Keramik mittels 3D-Druck herzustellen. In einem solchen Apparat laufen chemische Reaktionen ab. Nur wenige Materialien können den anspruchsvollen Umgebungsbedingungen hinsichtlich Temperatur, Stabilität und Korrosion standhalten, wenn chemische Reaktionen bei großer Hitze ablaufen. „Um eine chemische Reaktion zu steuern und zu kontrollieren sind Härte, Hitzebeständigkeit sowie komplexe Strukturen im Inneren des Reaktors nötig,“ sagt Klaus Prosiegel, Sales Manager beim Bosch-Start-up Advanced Ceramics im Allgäu. „3D-gedruckte technische Keramik bringt diese hervorragenden Eigenschaften mit.“

Viele Einsatzmöglichkeiten für technische Keramik

Das Marktforschungsunternehmen Data Bridge prognostiziert für technische Keramik weltweit ein Marktvolumen von rund 15 Milliarden Euro bis zum Jahr 2029. Das vielseitige Material ist in den verschiedensten Branchen gefragt: In der Medizin ermöglichen es sogenannte bipolare Scheren, Gewebe zu schneiden und die Blutung gleichzeitig zu stillen. Elektrischer Strom, der durch die beiden metallischen Scherenhälften fließt, erwärmt das Gewebe und versiegelt es. Ein Isolator aus technischer Keramik sorgt dabei dafür, dass die beiden metallischen Klingen beim Schließen der Schere keinen Kurzschluss verursachen. Das macht Operationen schneller und sicherer.

Im Bereich der Energietechnik kommt technische Keramik aufgrund ihrer extremen Hitzebeständigkeit und Ionen-Leitfähigkeit zum Beispiel in Brennstoffzellen-Stacks zum Einsatz. In der Mobilität bestehen Abstandssensoren, die beim Parken helfen, ebenfalls aus technischer Keramik. Ein weiteres Einsatzgebiet sind Mahlwerke für Kaffeevollautomaten. Hier bewirkt das besonders langlebige und harte Material, dass die Mahlwirkung auf Dauer gleichbleibt und es keinen Materialabrieb gibt, der den Kaffeegeschmack beeinflussen könnte. „In all diesen Bereichen sind wir mit unseren Produkten am Markt vertreten“, sagt Prosiegel.

Premiere: Keramik-Reaktor in 3D-Druck

Dass sich technische Keramik auch für chemische Reaktionen sehr gut eignet, wussten sie im Allgäu. „Die Herausforderung bestand allerdings darin, ein Verfahren zu finden, mit dem sich die komplexen Strukturen im Inneren des Keramik-Reaktors herstellen lassen,“ sagt Prosiegel. Zur Lösung dieser Aufgabe brachte das zehnköpfige Team von Bosch Advanced Ceramics die beiden Kernkompetenzen des Start-ups zusammen: technische Keramik und 3D-Druck. „Wir haben den 3D-Druck erfolgreich eingesetzt, um jene Bauteile aus Keramik zu produzieren, die auf herkömmliche Weise nicht darstellbar sind“, sagt Prosiegel.

BASF setzt den Apparat nun in der Grundlagenforschung ein, weil er Untersuchungen unter besonders gut kontrollierbaren Temperaturbedingungen ermöglicht. Außerdem müssen im Kleinen weniger Rohstoffe und Energie verwendet werden als das in einem großen Reaktor der Fall wäre. Aus den Ergebnissen im Kleinen ziehen die Experten Schlüsse für die Umsetzung im Großen. „Ein Koch probiert ein neues Rezept auch zuerst im kleinen Rahmen aus, bevor er das Menü auf die Speisekarte setzt“, sagt Prosiegel. Zehn bis 20 weitere Apparate mit diesem Aufbau sollen deshalb im nächsten Schritt für BASF gedruckt werden. Und weitere Einsatzmöglichkeiten der technischen Keramik im Bereich Chemie sind laut Prosiegel gut denkbar: „Schließlich bestehen allein schon die meisten Labortiegel aus technischer Keramik“, sagt er und freut sich. Die Arbeit wird ihm und seinen Kollegen erst einmal nicht ausgehen.

Bosch-Start-up Platform grow

Bosch Advanced Ceramics gehört zur Bosch-internen Start-up Plattform Grow. Sie ist mit Standorten in Europa, im Nahen Osten, Afrika, Südostasien, Indien, China, Japan, Nord- und Lateinamerika die globale Heimat für Start-ups innerhalb des Technologiekonzerns. Aktuell zählt die Start-up-Plattform weltweit zehn laufende Projekte in der Inkubationsphase.

“Wir haben den 3D-Druck erfolgreich eingesetzt, um jene Bauteile aus Keramik zu produzieren, die auf herkömmliche Weise nicht darstellbar sind.”

Klaus Prosiegel, Sales Manager Bosch Advanced Ceramics

Bild oben: Mitarbeitende der keramischen Fertigung begutachten eine keramische Mahlscheibe.

Weitere Informationen: https://www.bosch-advanced-ceramics.com/de/

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