Experteninterview: Guillaume de Calan, CEO von Nanoe, über die Zukunft des keramischen 3D-Drucks  

Der 3D-Keramikdruck bleibt ein relativ neues und oft übersehenes Gebiet der additiven Fertigung. Die Vielseitigkeit des Materials macht den 3D-Druck aus Keramik jedoch ideal für eine Reihe von industriellen Anwendungsfällen, von Lagern und Halbleitern bis hin zu Luft- und Raumfahrt- und Schmuckanwendungen. Kein Wunder, dass bereits Schritte unternommen werden, um den 3D-Keramikdruck für die AM-Produktion voll funktionsfähig zu machen.
 
Nanoe ist ein französisches Unternehmen, das technische Keramik für den 3D-Druck in Industriequalität anbietet. Es ist auch das erste Unternehmen, das technische Keramikfilamente (Zetamix) anbietet. Wir haben mit Guillaume de Calan, CEO von Nanoe, gesprochen, um mehr über die Strategie von Nanoe, über die Pläne, den keramischen Desktop-3D-Druck rentabel zu machen, und über das enorme Marktpotenzial für den Keramik-3D-Druck zu erfahren.
 

Erzählen Sie uns etwas über Nanoe?

Wir sind ein Rohstofflieferant, der Pulver und Rohstoffe für die Keramikindustrie herstellt. Wir haben das Unternehmen vor gut 10 Jahren gegründet und bedienen eine Reihe verschiedener Branchen, darunter die Medizin und die Luft- und Raumfahrtindustrie. Im Wesentlichen beliefern wir diese Branchen mit den Rohstoffen, die sie für eine erfolgreiche Teilefertigung benötigen. 
 
Wir bedienen auch eine Reihe von Anwendungen, bei denen High-Tech-Materialien benötigt werden, mit Eigenschaften wie hoher Festigkeit, Hochtemperatur- und Korrosionsbeständigkeit. Halbleiter sind ein Beispiel für eine solche Anwendung.  
 

Sie haben einige der verschiedenen Branchen erwähnt, in denen Keramik verwendet wird. Können Sie einige der Anwendungen für Ihre Materialien erläutern? 

Ich kann Ihnen zwei Beispiele geben. Das erste ist Schmuck und Uhrmacherei, wo es einige Firmen gibt, die Keramikringe, Uhren und andere Arten von Schmuck herstellen. Sie sind am keramischen 3D-Druck interessiert, um Prototypen und Kleinserien herzustellen und auf Abruf zu produzieren.
 
Die zweite betrifft die Luft- und Raumfahrtindustrie, wo es einen massiven Anwendungsbedarf für technische Keramik gibt. Sie wird für alles verwendet, von Beobachtungsspiegeln über Bauteile bis hin zur Telekommunikation.
 
In der Luft- und Raumfahrt liegt einer der offensichtlichen Vorteile des keramischen 3D-Drucks oder des 3D-Drucks im Allgemeinen in der Möglichkeit, das Gewicht und die Masse der von Ihnen hergestellten Teile zu reduzieren. Dies kann beispielsweise durch Topologie Optimierung erreicht werden. Wenn Sie die Kosten für den Versand von einem Kilogramm Material in den Orbit berücksichtigen, werden die Vorteile des keramischen 3D-Drucks sofort deutlich. 
 
Potenzielle Kunden aus der Luft- und Raumfahrt interessieren sich daher für die Möglichkeit, Leichtbauteile für Beobachtungszwecke, Strukturteile und Telekommunikation herzustellen – im Grunde genommen alles, was in einen Satelliten einfließt.
 

Warum haben Sie sich entschieden, Nanoe zu gründen? 

Nanoe begann als Ausgliederung aus einem französischen Labor, in dem wir ein Verfahren zur Herstellung von Nanomaterialien für den industriellen Einsatz entwickelten. Wir erkannten jedoch bald die Notwendigkeit, uns auf eine bestimmte Anwendung zu konzentrieren – und diese Anwendung war technische Keramik.
 
Als wir gegründet wurden, produzierten wir Rohstoffe für traditionelle Verfahren wie Pressen, Spritzgießen, Gießen und andere Verfahren zur Herstellung von Keramikteilen. Wir waren überhaupt nicht im 3D-Druck tätig. In diesem Jahr haben wir jedoch begonnen, uns auf die 3D-Drucktechnologie zu konzentrieren. Unsere Kunden haben zwar traditionelle Verfahren zur Formgebung von Keramik, möchten aber zunehmend auch das 3D-Druckverfahren integrieren.
 

Was sind die Herausforderungen beim 3D-Druck von Keramikmaterialien? 

3D-Druckkeramik ist immer mit einigen Herausforderungen verbunden. Eine Herausforderung ergibt sich aus der Tatsache, dass Keramik ein Hochtemperaturmaterial ist, die nicht geschmolzen oder verschmolzen werden kann. Dies bedeutet, dass für Metalle und Kunststoffe entwickelte Verfahren nicht direkt für Keramiken verwendet werden können.
 
Wir müssen also einen indirekten Weg zum 3D-Druck von Keramik gehen: Wir mischen das Pulver mit einer Art Bindemittel, das zum Beispiel thermoplastisch oder harzhaltig sein kann. Nach dem 3D-Druck des Teils entfernen wir das Bindemittel und sintern das Teil selbst. Dies ist ein ziemlich komplizierter Vorgang: Sie müssen beispielsweise eine homogene Mischung zwischen der Keramik und dem Bindemittel sicherstellen, um so viel Keramik wie möglich zu gewährleisten. Sie auch gewährleisten, dass sich diese Mischung wie der verwendete Kunststoff oder das verwendete Harz verhält. Schließlich müssen Sie auch in der Lage sein, das Bindemittel abzubrennen, um nur die Keramik zurückzubehalten, und dies ist eine ziemliche Herausforderung. 
 

Welches sind die Nachbearbeitungsschritte, die benötigt werden?

Deshalb haben wir unsere Pulver an das FDM-Verfahren angepasst, sodass wir Filamente aus Keramik mit einem Kunststoffbinder herstellen können. Diese Filamente können mit jedem FDM-Drucker verwendet werden. Es ist jedoch zwangsläufig eine Nachbearbeitung erforderlich, da Sie das Bindemittel entfernen und die Keramik bei sehr hohen Temperaturen sintern müssen, um das Teil zu verfestigen. Und wenn ich von hohen Temperaturen spreche, sprechen wir von 1500 ℃ und mehr. 
 
In Bezug auf die Nachbearbeitung gibt es mindestens zwei Schritte. Das erste ist das chemische Entbinden, bei dem wir ein Stück in ein Lösungsmittel tauchen, um das Bindemittel oder zumindest Teile des Bindemittels zu entfernen. Der zweite Schritt ist das Sintern, bei dem wir ein Teil bei einer sehr hohen Temperatur sintern, um ein Keramikteil mit hoher Dichte herzustellen.
 

Warum haben Sie sich entschieden, Ihre Pulver an FDM anzupassen? Planen Sie eine Erweiterung auf andere Technologien?  

Aus unserer Sicht als Rohstofflieferant ist es unser Ziel, möglichst viele potenzielle Kunden zu erreichen. Da FDM die am weitesten verbreitete 3D-Drucktechnologie ist, haben wir uns entschlossen, dort anzufangen. Dies macht auch die Möglichkeit des Desktop-3D-Drucks für Keramik, was etwas wirklich Neues ist, viel besser erreichbar. 
 
Die Verwendung von Desktop-3D-Druck zur Herstellung von Keramik gibt es derzeit noch nicht. Zwar gibt es einige Maschinen für die industrielle Produktion, diese erfordern jedoch sehr hohe Kapitalinvestitionen und sind stark auf die Produktion ausgerichtet, nicht auf Rapid Prototyping oder Desktop-Druck. Das wollen wir ändern. 
 
Obwohl wir mit FDM begonnen haben, planen wir, in Zukunft auch auf andere Technologien umzusteigen. 
 

Wie sehen Sie die Entwicklung des Marktes für 3D-Keramikdruck? 

Der Markt für Keramik 3D-Druck ist noch sehr neu. Tatsächlich ist der Keramikmarkt bei Metallen und Kunststoffen derzeit recht klein. Momentan gibt es vielleicht weniger als 10 Unternehmen weltweit, die Arbeitssysteme für 3D-Druckkeramiken anbieten, was nicht viel ist. Der Hauptgrund dafür ist die herausfordernde Natur des 3D-Keramikdrucks. 
 
Dennoch sehen wir für die Zukunft ein enormes Potenzial für die Technologie. Wir können die Anwendungen unserer Kunden sehen: Keramikhersteller, Keramikanwender in der Luft- und Raumfahrt, Luxusindustrie und einige andere Branchen möchten diese Technologie wirklich nutzen. Wir glauben, dass sich dieser Markt schnell entwickeln wird. 
 
Bedenken Sie auch, dass die Technologie noch sehr neu ist: In Bezug auf die Evolution liegt der 3D-Keramikdruck wahrscheinlich 10 bis 15 Jahre hinter dem 3D-Metalldruck. Ich kann mir also vorstellen, dass wir in 10 Jahren bedeutende Fortschritte beim 3D-Keramikdruck für die Produktion erzielt haben.
 

Wo passt Nanoe in diese Marktlandschaft? 

Erstens ist unsere Technologie völlig neu. Das gängigste Verfahren für den keramischen 3D-Druck basiert auf der Stereolithografie mit lichtempfindlichen Harzen. Unsere Technologie ist anders. Mit unseren Materialien können Sie Keramikteile schneller herstellen und größere Teile herstellen. Die Art der Geometrien, die wir herstellen können, hat sogar einige Vorteile. 
 
Im Vergleich zu anderen Lösungen für den keramischen 3D-Druck haben wir auch noch einen großen Vorteil: Da wir ein Rohstofflieferant und kein Maschinenhersteller sind, ist es unser Ziel, unsere Rohstoffe an die vorhandenen Maschinen auf dem Markt anzupassen.
 
Aktuelle Lösungen auf dem Markt für keramischen 3D-Druck basieren auf der entgegengesetzten Prämisse: Entwicklung neuer Maschinen für den 3D-Druck von Keramik. Das ist eine ganz andere Perspektive.  
 
Mit unserem Ansatz können wir ein breiteres Spektrum von Menschen erreichen, die das Konzept des 3D-Drucks von Metallen oder Kunststoffen besser kennen. Auf diese Weise können wir auch die Vorteile der 3D-Druckkeramik leichter zur Geltung bringen. 
 

Wie sehen Sie die Entwicklung der additiven Fertigung in den nächsten fünf Jahren? 

Generell sehen wir einen Wechsel von Prototypen und Tests zu Endprodukten – Teile, die für Flugzeuge hergestellt werden, sowie in Satelliten z.B. 
 
Diese Branche beschäftigt sich seit langem mit dem 3D-Druck, insbesondere mit Prototypen und Werkzeugen. Ich bin jedoch der Meinung, dass es eine enorme Entwicklung für endgültige Teile geben wird. Das ist der Schlüsseltrend, den wir sehen. 
 

Möchten Sie noch etwas hinzufügen? 

Sowohl beim Keramik als auch beim Metall-3D-Druck stellen wir häufig fest, dass viele Unternehmen Schwierigkeiten haben, diese Technologien einzusetzen. Die Kosten für die Investition in eine Metall- oder Keramik-3D-Druckmaschine sind immer noch sehr hoch – es handelt sich um Hunderttausende, in einigen Fällen sogar um eine Million Euro.
 
Viele Unternehmen fangen gerade erst mit diesen Technologien an und haben noch keinen klaren Anwendungsfall entwickelt. Sie wollen nur sehen, was mit der Technologie möglich ist. In einem solchen Fall müssen die KMUs (kleine und mittlere Unternehmen), einen derart hohen Aufwand rechtfertigen können.
 
Hier setzt Nanoe an: Unsere Vision ist es, den 3D-Druck von Desktop-Keramik Wirklichkeit werden zu lassen. Mit unserer Lösung können Sie Keramik mit einer Investition von weniger als 10.000 Euro drucken. Wir glauben, dass es eine großer Schritt zum Beitrag zur Veränderung ist.
 
Unser nächstes Ziel wird es sein, dasselbe mit Metallen zu erreichen, d.h. eine Lösung für den Desktop-3D-Druck von Metallen zu entwickeln. Wir werden dies im nächsten Monat auf der Formnext bereits veröffentlichen.
 
Weitere Informationen zu Nanoe finden Sie unter: https://www.nanoe.com