maxon Inside
陶瓷的最佳状态
陶瓷部件的增材制造方法可加快原型部件的生产，并开创了全新的可能性。
瑞士maxon公司以其驱动技术而闻名世界，这家公司的技术产品已搭乘美国国家航空航天局 (NASA) 的各种火星探测车一路飞往火星执行任务。然而，公司中位于德国弗莱堡附近塞克绍 (Sexau) 的高科技陶瓷部门却并不广为人知。在这里，现在也可以利用3D打印技术打印陶瓷部件，然后使用激光进行完善。
“有什么材料甚至比钢更耐磨，可制成行星齿轮箱的转轴和轴，从而使行星齿轮箱更精确和可靠？”早在20多年前，驱动装置专业公司Maxon Motor GmbH的专家们就已经探讨过这样的问题。在位于塞克绍的CIM/MIM能力中心，业务发展和质量工程主管Stefan Zilm如今已知道这个问题的答案：采用陶瓷注射成型技术生产的陶瓷部件，这种工艺与金属注射成型技术类似。
如今，这家公司在技术陶瓷产品领域已经拥有非常丰富的专业知识技术。采用CIM技术可以大批量生产数万个部件。然而，尽管拥有丰富的经验，即便采用的是最先进的工程设计方法，比如CAD、有限元计算和仿真等，现实始终是对一种新创意的最终考验，它决定了这个新创意是否合理，或者陶瓷部件是否可按计划生产和运行。
一般来说，从创意到真正成为陶瓷部件的道路不仅漫长，而且成本极高。比如，需要一个造价极高的模具来制造要进行烧结的生坯。接着，还需要借助工作密集型的工艺，对生坯进行车削、切割、烧结和打磨。Zilm承认：“对于第一件样品来说，这个过程真的非常复杂，需要投入大量的时间和金钱。”
maxon之所以选择法国制造商3DCeram的打印机，是因为后者不仅具有极高的精度，而且能提供300乘300毫米的超大打印面积。
使用打印机加工陶瓷部件
但还有另外一种选择：3D打印提供的快捷方式，使得3D打印这种技术已在塑料部件加工领域内得到广泛应用，如今甚至越来越多地被用在金属加工领域中。尽管塑料和金属打印已在工业生产中应用已有好几年的时间，但陶瓷打印还处于从实验室到工厂的冒险阶段。但是，陶瓷打印所带来的优势极具吸引力，因此maxon在五年之前就已开始进行试点测试，旨在以更快的速度将陶瓷部件原型送到客户手中，同时也完成一些真正的开创性工作。Zilm：“有了这样一款打印机，就能更加简单、更加快速地完成初期的两三个开发循环。”
经过深入的市场调研，maxon最终决定选择法国制造商3DCeram提供的打印机，这款定制打印机可以满足公司生产的特殊要求。“对我们来说，最主要的亮点就是精度以及300乘300毫米的超大打印面积”，Zilm解释说。这款打印机基于立体光刻法，这种方法通过激光固化由陶瓷粉末和粘结剂组成的乳液，并从下到上逐层构建部件。每一层的厚度在0.025至0.125毫米之间。打印完一层之后，打印机床便向下移动一步。这样不仅可以确保材料在固化过程中均匀收缩，而且能保证高精度和非常精细的细节渲染。打印时不需要支撑结构。3DCeram系统的特殊优势在于：它可以制造体积仅50立方毫米极小型部件。
打印完成后，使用压缩空气和添加剂来清洁部件，以去除部件上多余的材料。
根据具体要求，陶瓷部件通常采用锆和氧化铝制成。这些材料在技术陶瓷加工领域中就是像“面包和黄油”一样绝配的材料。两者都可作为3D打印机的乳液使用。脱除粘结剂和烧结技术与CIM工艺兼容，因此在3D打印机中构造的生坯也可以使用大批量部件的生产系统进行加工。根据所需部件的复杂性和要求的公差等级，也能进行小批量生产，因此是陶瓷注射成型 (CIM) 的良好替代品。
按照Zilm的说法，由于紫外线激光束直径的原因，这种工艺确实有其局限性，因此紫外线激光束的直径决定了可以生产的最小壁厚。使用压缩空气和添加剂来清洁部件，可以去除部件上多余的材料。尺寸等于和小于0.5毫米的孔不能像采用注射成型技术时那样完美地形成圆形，但对于原型来说，这通常已经足够了。
3D打印技术与技术陶瓷组合，可以实现复杂的细节、精细的几何结构甚至镂空结构。
从一开始就是研发合作伙伴
如今，客户只需要发送一个在3D打印中常见的标准STEP格式文件（产品模型数据交换标准），很快就能获得报价。在确定订单之后10到14天内，客户就可以拿到第一个原型件。“过去，单这个过程就需要几周甚至几个月的时间，而且模具成本非常高”，Zilm回忆说。
在理想情况下，客户从一开始就与maxon共同进行研发。“从最初创意开始，我们就成为研发合作伙伴，因此可以参与和影响设计，从而尽可能使其适合陶瓷”，Zilm解释说。正因如此，才可以将比如多个部件组合成一个部件，以优化功能性。Zilm表示：考虑到生产陶瓷所需商品的价格约为钢铁的十倍，因此这样的优化非常重要。“我们必须通过提供明显更优异的功能来证明这一点，例如通过增强耐磨性、温度稳定性或不需要润滑剂。”
然而，这还远未达到增材制造的极限。CIM/MIM能力中心负责人Andreas Philipp确信：“我们必须学会以3D方式思考，而不是像以前那样以传统方式思考。”这样，以后一定会出现全新的可能性，因此3D打印极有希望成为目前各种既定工艺的真正替代方案。