3D gedruckter Hochtemperatur-Wärmetauscher aus Aluminiumoxid-Keramik

Beschreibung des Bauteils: In einer Designstudie der Alumina Systems GmbH wurde ein keramischer Hochtemperatur-Wärmetauscher mittels LCM (Lithography-based Ceramic Manufacturing) hergestellt. Dies geschah im Rahmen des Forschungsprojektes INSTAF. Derartige Systeme könnten u.a. für SOFCs (Solid Oxide Fuel Cell) Verwendung finden. Ein ausgewähltes Team der TU-Dresden ist maßgeblich für die Erstellung des Designs verantwortlich. Weitere Partner aus Deutschland und Österreich sind ebenfalls an diesem Projekt beteiligt.

Herausforderungen: Der im Projekt geplante Wärmetauscher besteht aus Raum füllenden Kurven und sehr komplexen Geometrien mit Hinterschneidungen. Dünne Wandstärken, die Bauteilgrößen und das Handling sowie die Aufarbeitung der teilweise sehr hohen Datenmengen sind unter anderem kritische Punkte bei der Herstellung des Bauteils.

Lösung: Für den Bau eines thermisch belasteten Wärmetauschers bot sich hier Aluminiumoxidkeramik als Werkstoff an. Mit konventionellen Fertigungsmethoden sind die hochkomplexen fraktalen Strukturen nicht realisierbar. Die Herstellung dieser selbsttragenden Geometrien konnte nur durch Additive Fertigung erfolgen. Der 3D-Druck mittels Photopolymerisation hat sich hierfür als vielversprechende Technologie herausgestellt. Um die Grenzen dieses Herstellungsverfahrens auszuloten, wurde das Bauteildesign fortlaufend optimiert.

Fazit: Die im Projekt erstellten Bauteile, gaben den Partnern Hinweise zu den Herausforderungen und Vorteilen der verschiedenen additiven Fertigungstechnologien. In einem nächsten Schritt soll nun das gewonnene Wissen für zukünftige Projekte genutzt und weitere Entwicklungen vorangetrieben werden.