Additive Fertigungsverfahren erlauben es, komplexe Bauteile schichtweise herzustellen. Bislang ließen sich dabei jedoch meist nur sortenreine Materialien wie Metall oder Keramik verarbeiten. Forschende am WPK Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben nun im Projekt CeraMMAM (Ceramic Multi Material Additive Manufacturing) einen Durchbruch erzielt: Mithilfe eines neu entwickelten universellen Bindersystems lassen sich nun verschiedene keramische Materialien kombinieren und künftig auch Keramik-Metall-Verbindungen herstellen.
Durch Multi-Material Additive Manufacturing lassen sich unterschiedliche funktionale, mechanische, elektrische oder auch thermische Eigenschaften innerhalb eines Bauteils gezielt kombinieren. So entstehen hochpräzise Hybridkeramiken mit lokal variierenden Eigenschaften, wie beispielsweise mit hartem Rand und porösem Kern. Zusätzliche mechanische Nachbearbeitungsschritte wie Fräsen oder Drehen sind dabei nicht erforderlich. Die Technologie eröffnet neue Perspektiven für industrielle Anwendungen – besonders in Medizintechnik, Maschinenbau sowie Luft- und Raumfahrt. Möglich sind beispielsweise verschleißfeste Komponenten im Maschinenbau, Knochen- und Zahnimplantate, hitzebeständige, leichtgewichtige und hochfeste Strukturen für die Luft- und Raumfahrt, hochtemperaturfeste und chemisch inerte Keramiken in der Energietechnik oder auch Multi-Material-Keramiken für Elektronik und Sensorik.
Auf der Hannover Messe 2026 präsentierten die Forschenden erstmals industrielle Prototypen und Demonstratoren sowie die Einsatzmöglichkeiten der additiven Multimaterial-Fertigung.
Ermöglicht neue Design- und Funktionskonzepte
Die Technologie basiert auf dem 3D-Druckverfahren der badbasierten Photopolymerisation. Dabei entstehen die Bauteile schichtweise aus einem lichtempfindlichen Ausgangsmaterial, das Keramik- oder Metallpartikel enthält. Das Material wird gezielt mit einer bestimmten Wellenlänge belichtet, wodurch es lokal polymerisiert und aushärtet. Das speziell entwickelte Bindersystem sorgt dafür, dass sich unterschiedliche Materialien innerhalb eines einzigen Druckprozesses stabil verbinden. Das vereinfacht die Herstellung erheblich. Nach dem Druck wird der Binder wieder entfernt; er besteht aus flüssigen Polymeren, funktionalen Additiven sowie einem Photoinitiatorsystem.
„Mithilfe unseres universellen Binders können wir multimateriale Bauteile herstellen, die neuartige und teilweise auch widersprüchliche Materialeigenschaften kombinieren“, erläutert Chantal-Liv Lehmann vom WBK. „Das ermöglicht völlig neue, bisher nicht realisierbare Designmöglichkeiten und Funktionskonzepte. So können wir beispielsweise Komponenten wie keramische Zahnräder fertigen, die im Inneren flexibel und an der Oberfläche besonders hart sind.“ Außerdem erlaubt das Verfahren die präzise Abbildung filigraner und komplexer Strukturen. Besonders in der Keramikverarbeitung stellt dies einen technologischen Meilenstein dar.
Ausblick: Keramik und Metall kombinieren
Derzeit arbeiten die Forschenden daran, die Technologie weiter auszubauen, um künftig auch Kombinationen aus Keramik und Metall zu ermöglichen. Sehr vielversprechend ist dabei die Verbindung von elektrisch isolierenden Keramiken mit leitfähigen Metallstrukturen. Mögliche Einsatzfelder könnten von der Leistungselektronik über Hochfrequenztechnologien bis hin zu miniaturisierten Sensoren für vernetzte Geräte und das autonome Fahren reichen.
Aufmacherbild: In der mit Schlicker gefüllten Wanne wird ein Bauteil schichtweise ausgehärtet
Quelle: KIT; Bild: Breig, KIT
