CARBOPRINT Mit Kohlenstoff in neue Dimensionen 3D-gedruckte Komponenten auf Kohlenstoff- und Graphit- Basis
2 Mit Kohlenstoff in neue Dimensionen made by SGL Group SGL Group The Carbon Company ist einer der weltweit führenden Anbieter von Produkten aus Carbon. Wir verfügen über ein breites Rohstoffverständnis, ausgereifte Herstellungsprozesse sowie langjähriges Anwendungs- und Engineering-Know-how. Als Antwort auf die technologischen Herausforderungen der Megatrends Digitalisierung und Individualisierung entwickeln wir innovative Materialien aus Kohlenstoff und Graphit: Wir eröffnen neue Dimensionen in Bezug auf Produktdesign, Leistung und Markteinführungszeit durch die Anwendung additiver Fertigungsverfahren wie dem so genannten 3D-Druck.
3D-GEDRUCKTE Komponenten auf KOHLENSTOFF- und Graphit-basis 3 CARBOPRINT 3D-gedruckte Komponenten auf Kohlenstoffund Graphit-Basis Kohlenstoff- oder Graphit-Komponenten werden üblicherweise durch maschinelle Bearbeitung mit herkömmlichen subtraktiven Prozessen, z. B. Fräsen oder Drehen, hergestellt. Im Gegensatz dazu ist der 3D-Druck ein schichtaufbauender, innovativer Prozess mit geringem Materialeinsatz, der vor allem absolute Freiheit hinsichtlich der Produktgeometrie bietet. Zusammen mit unseren Partnern und Kunden entwickeln wir individuelle und neue Lösungen. Die CARBOPRINT-Produktfamilie vereint unser umfassendes Wissen über Kohlenstoff und Graphit mit der Fertigungsmethode des 3D-Drucks. Unsere Broad Base umfasst verschiedene Veredelungsverfahren, wie z. B. Infiltration, mit deren Hilfe wir innovative Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe herstellen können. Unsere Kompetenzen und Fähigkeiten sind Ausgangspunkt für die schnelle und wirtschaftliche Produktion von Prototypen und Kleinserien. Diese können in den verschiedensten Branchen wie der Glas-, Metall- und chemischen Industrie sowie in Hochtemperatur- und mechanischen Anwendungen eingesetzt werden. Polymer- Imprägnierung CARBOPRINT M Metall-Kohlenstoff- Verbundwerkstoffe Metall- Infiltration CARBOPRINT C Kohlenstoff und Graphit Silizium- Infiltration CARBOPRINT P Polymer-Kohlenstoff- Verbundwerkstoffe CARBOPRINT Si Keramik-Kohlenstoff- Verbundwerkstoffe CARBOPRINT-Produktfamilie a
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3D-GEDRUCKTE Komponenten auf KOHLENSTOFF- und Graphit-basis 5 Kohlenstoff und 3D-Druck vereinen wir zu Ihrem Vorteil Vorteile von 3D-Druck mit Binder-Jetting-Technologie Komplexes Design ohne zusätzliche Kosten (z. B. Realisierung von Hinterschnitten und/oder Hohlräumen) Schnelle Entwicklung und Produkteinführung von Kleinserien bei niedrigen Kosten Weniger Komplexität durch reduzierte Anzahl an Bauteilen Herstellung von großen Komponenten möglich Vorteile von Kohlenstoff und Graphit im 3D-Druck Spezifische Eigenschaften (z. B. niedriges Gewicht, herausragende chemische Beständigkeit, hohe Temperaturstabilität, geringe thermische Ausdehnung, elektrische und thermische Leitfähigkeit etc.) Poröse Bauteilstrukturen als ideale Basis für neue Materialdesigns mit Metall- oder Silizium-Infiltration oder Polymer-Imprägnierung Integration von Zusatzfunktionen möglich, z. B. als Heiz- oder Wärmemanagement-Element Veredelung Typen Typische Eigenschaften Mögliche Komponenten Ohne oder mit Kohlenstoff-Nachverdichtung CARBOPRINT C Q Niedrige Dichte Q Offene Porosität Q Isotrope homogene Struktur Q Gießkerne Q Gießformen Q Preforms Polymer- Imprägnierung CARBOPRINT P Q Komplexe Designs mit verbesserten mechanischen Eigenschaften Q Schnelle Entwicklung von Prototypen Q Gute Gleiteigenschaften Q Elektrische Kontakte Q Gleitelemente Q Pumpenteile Q Elektroden Q Bauteile für Wärmetauscher Q Heizelemente Q Dichtungen Silizium-Infiltration CARBOPRINT Si Q Hohe Härte geringer Abrieb Q Hohe Temperaturbeständigkeit Q Gute Korrosionsbeständigkeit Q Pumpenlaufräder und -gehäuse Q Brennerdüsen Q Wärmetauscher Metall-Infiltration CARBOPRINT M Q Hohe Festigkeit bei erhöhter Temperatur Q Gute elektrische und thermische Leitfähigkeit Q Gießformen Q Lager Q Elektroden für die Funkenerosion
6 CARBOPRINT C Kohlenstoff- und Graphit-Komponenten Verschiedene Kohlenstoff- und Graphitpulver bilden die Basis für die kostengünstige Produktion der CARBOPRINT C-Komponenten. Zur Herstellung nutzen wir unser ausgereiftes Material- und Prozess-Know-how. Dabei werden die Kohlenstoff- Pulver mit chemisch und thermisch stabilen Harzen gebunden. Die so hergestellten Komponenten eignen sich z. B. für den Einsatz als Gießformen und -kerne. Außerdem bildet die hochporöse Struktur der CARBOPRINT C-Komponenten die ideale Basis für die Veredelung, zum Beispiel durch Infiltrieren mit Silizium oder Metallen oder Imprägnieren mit Polymeren. Prozessierbar wie der 3D-Druck von Sand Freiheit beim Materialdesign CARBOPRINT C Niedriges Gewicht niedrige Dichte, offene Porosität b Kohlenstoff-Pulver als Ausgangsmaterial d Die Porosität von 3D-gedruckten CARBOPRINT C-Komponenten ist die ideale Grundlage für die Veredelung Typische Materialdaten von CARBOPRINT C Typische Eigenschaften Einheiten C1 Dichte g/cm³ 1,0 Offene Porosität % 40 50 E-Modul GPa 2 Biegefestigkeit MPa 5 Spez. elektrischer Widerstand Ωµm 125000 Therm. Leitfähigkeit W/(mK) <1 Therm. Ausdehnung (bei RT/150 C) µm/(mk) 5,5
3D-GEDRUCKTE Komponenten auf KOHLENSTOFF- und Graphit-basis 7 CARBOPRINT P Polymer-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe Heizleiter- Eigenschaften Niedriges Gewicht durch poröse Kohlenstoff-Struktur und leichte Harze Elektrische und thermische Leitfähigkeit einstellbar CARBOPRINT P Temperaturstabilität hitzebeständig < 200 C Neue Materialdesigns Imprägnierung der Kohlenstoff-Körper mit Polymeren, d. h. Harzen Thermische Ausdehnung niedriger als bei reinen Polymeren Anwendungen, in denen nicht-metallische Materialien eingesetzt werden, profitieren erheblich von CARBOPRINT P. Dieses Material ist bis zu 200 C temperaturbeständig ohne die bekannten Kriecheffekte, wie sie bei anderen, unverstärkten Polymeren auftreten können. Je nach Wahl des Polymers kann die mechanische oder die chemische Stabilität an die Kundenanforderungen angepasst werden. a Die Auswahl des Polymers bietet Variabilität beim Materialdesign d Mit Polymeren infiltrierte Glocke für Austauschböden von Kolonnen Typische Materialdaten von CARBOPRINT P Typische Eigenschaften Einheiten P1 P2 Dichte g/cm³ 1,6 1,4 E-Modul GPa 6 6 Biegefestigkeit MPa 15 45 Spez. elektrischer Widerstand Ωµm 35 100000 Therm. Leitfähigkeit W/(mK) 40 <1 Therm. Ausdehnung (bei RT/150 C) µm/(mk) 12 40
8 CARBOPRINT Si Keramik-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe Niedriges Gewicht geringe Dichte aufgrund der porösen Kohlenstoff- Struktur und Silizium Etablierte Fertigungsprozesse einzigartiges Know-how in der Silizierung CARBOPRINT Si Chemische Beständigkeit gute Oxidationsund Chemikalienbeständigkeit Wir nutzen unsere jahrzehntelange Erfahrung mit keramischen Verbundwerkstoffen nun auch im 3D-Druck. Dadurch geben wir unseren Kunden die Möglichkeit, beinahe jedes Design mit Keramik- Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen zu realisieren. CARBOPRINT Si bietet ideale Eigenschaften in Bezug auf zuverlässige Funktion und Langlebigkeit in aggressiven Medien und bei hohen Temperaturen. Komponenten aus CARBOPRINT Si werden durch das Silizieren von CARBOPRINT C hergestellt. Temperaturbeständigkeit bis zu 1200 C und hohe Thermoschockbeständigkeit Hohe Härte starke Abrasionsbeständigkeit bei guter Bruchzähigkeit Niedrige thermische Ausdehnung für hohe Präzision c Silizium für die Infiltration d Pumpenlaufrad aus CARBOPRINT Si Typische Materialdaten von CARBOPRINT Si Typische Eigenschaften Einheiten Si1 Dichte g/cm³ 2,3 Offene Porosität Vol.-% <0,1 E-Modul GPa 35 Biegefestigkeit MPa 60 Bruchdehnung % 0,25 Brucharbeit im Biegeversuch Nmm 340 Spez. elektrischer Widerstand Ωµm 20 Therm. Leitfähigkeit W/(mK) 50 Therm. Ausdehnung (bei RT/200 C) µm/(mk) 3 Siliziumcarbid-Gehalt Gew.-% 25 Freies Silizium Gew.-% 35 Kohlenstoff-Gehalt Gew.-% 40
3D-GEDRUCKTE Komponenten auf KOHLENSTOFF- und Graphit-basis 9 CARBOPRINT M Metall-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe CARBOPRINT M ist für Einsatzzwecke konzipiert, bei denen die Kombination der Eigenschaften von Metall und Kohlenstoffen erforderlich ist. Es eignet sich für Anwendungen in Umgebungen mit erhöhter Temperatur, für die eine gute elektrische Leitfähigkeit und/oder eine geringe Reibung erforderlich sind. Niedriges Gewicht geringere Dichte als die von reinen Metallen Einfachheit kein spezialisiertes Metallpulver erforderlich Geringer Verschleiß gute Gleiteigenschaften CARBOPRINT M Thermische und elektrische Eigenschaften einstellbar Ausdehnung niedriger als bei reinen Metallen Flexibilität Auswahl an Metallen richtet sich nach der Funktion des Bauteils b Antimon für die Metall-Infiltration d Musterteile aus CARBOPRINT M Typische Materialdaten von CARBOPRINT M Typische Eigenschaften Einheiten M5 Dichte g/cm³ 3,0 E-Modul GPa 23 Biegefestigkeit MPa 20 Spez. elektrischer Widerstand Ωµm 5 Therm. Leitfähigkeit W/(mK) 2 Therm. Ausdehnung (bei RT/200 C) µm/(mk) 6 Kohlenstoff-Gehalt Vol.-% 60 Metall-Gehalt Vol.-% 30 Poren Vol.-% 10
10 Kombinierte Expertise aus 3D-Druck und Veredelungs-Prozessen Von individuellen Anforderungen zu maßgeschneiderten Lösungen. Projektstart Binder Jetting-Technologie Verstehen der Kundenanforderung und des Anwendungsumfeldes Verknüpfen der Kundenanforderungen mit den Möglichkeiten der CARBOPRINT-Familie Berücksichtigen der Designfreiheiten im 3D-Druck Auswahl des geeigneten CARBOPRINT-Verbundwerkstoffes Produktionsplanung und Herstellprozess mit unserem Produktionspartner Prototypen- oder Serienproduktion c Kundendesign im 3D-CAD-Format (Quelle: ExOne GmbH) c Fertigungsprozess des 3D-Drucks (Binder Jetting) schichtweiser Aufbau des CARBOPRINT-Bauteils CARBOPRINT Familie: Typische Materialeigenschaften auf einen Blick Typische Eigenschaften Einheiten CARBOPRINT C CARBOPRINT P CARBOPRINT Si CARBOPRINT M Dichte g/cm³ 1,0 1,4 1,6 2,3 3,0 E-Modul GPa 2 6 35 23 Biegefestigkeit MPa 5 15 45 60 20 Spez. elektrischer Widerstand Ωµm 125000 35 100000 20 5 Therm. Leitfähigkeit W/(mK) <1 <1 40 50 2 Therm. Ausdehnung (bei RT/150 C/200 C) µm/(mk) 5,5 12 40 3 6
3D-GEDRUCKTE Komponenten auf KOHLENSTOFF- und Graphit-basis 11 Die SGL Group ist Ihr Entwicklungspartner, wenn Sie die einzigartigen Eigenschaften von Kohlenstoffen mit den Vorteilen der additiven Fertigungstechnologie, dem so genannten 3D-Druck, kombinieren möchten unser Weg in diese neue Fertigungsära hat gerade erst begonnen. Industriepartner mit Pioniergeist, die sich einen Wettbewerbsvorteil verschaffen wollen, laden wir ein, mit uns innovative Komponenten für ihre Anwendungen zu entwickeln. Begleiten Sie uns auf dieser Entdeckungsreise in neue Dimensionen! Veredelungsschritte der CARBOPRINT C-Komponenten Anpassung der Materialeigenschaften z. B. durch Temperaturbehandlung Imprägnierung mit Polymeren oder Infiltration mit Metall oder Silizium Endbearbeitung c Polymer-imprägnierte Glocke für Austauschböden von Kolonnen c Silizium-infiltriertes Pumpenlaufrad c Metall-infiltrierte Ringe 3D-gedruckter Kohlenstoff und Graphit CARBOPRINT C Optional: Karbonisieren, Nachverdichten, Graphitieren Polymer-Imprägnierung Silizium-Infiltration Metall-Infiltration Polymer-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe CARBOPRINT P Keramik-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe CARBOPRINT Si Metall-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe CARBOPRINT M
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