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17.01.2025

Engineered Porosity: Optimizing Membrane and Filter Performance

Poröse Materialien, Membranen und Mehrschichtsysteme spielen eine entscheidende Rolle in verschiedenen Anwendungen, wie zum Beispiel Filter für das Flüssigkeitsmanagement, Sensoren, Wärmemanagementsysteme und Lösungen zur Durchflussregelung. Da bei der 3D Siebdrucktechnologie von Exentis Pasten verwendet werden für die Herstellung von Teilen, lässt sich die Zusammensetzung des Materials exakt auf die Anforderungen an die Teile anpassen. Darüber hinaus eröffnet die Kombination von porösen Materialien mit mikropräzisen Bauteilkonstruktionen ein grosses Potenzial für innovative Anwendungen.

 

Eine druckbare Paste aus Materialpulver und Bindemitteln ist die Basis für den Exentis 3D-Siebdruck. Da für diese additive Fertigungstechnologie Siebe verwendet werden, können ultrafeine Strukturen mit Abmessungen im Mikrometerbereich ins Design von Bauteilen einfliessen. Gedruckte Bauteile werden Schicht für Schicht hergestellt. Sowohl das Sieb als auch die Paste kann während des Prozesses gewechselt werden, daher ist es möglich, mehrere Schichten mit unterschiedlicher Porosität und/oder unterschiedlichem Design in einem Bauteil abzubilden.

Poröse Materialien im 3D Siebdruck

Die Pasten für den Exentis 3D-Siebdruck können aus einer Vielfalt an Industriekeramik-Materialien oder anderen Materialpulvern hergestellt werden. Mit Bindemitteln gemischt entsteht eine druckbare Paste. Wenn ein poröses Material benötigt wird, wird der Mischung zusätzlich ein porenbildendes Mittel hinzugefügt.

Diese organischen Substanzen fungieren als Platzhalter in der Paste. Während des Sinterprozesses brennen die Porenbildner aus und hinterlassen eine kontrollierte Porosität zwischen den Basispulverteilchen. Ein Beispiel: Mit dieser Methode lassen sich Porositäten von bis zu 50 % bei 316L-Stahl erzielen.

Die Porosität muss genau kalibriert werden, um die für das Bauteil erforderliche, strukturelle Stabilität zu gewährleisten. Dieses Gleichgewicht zwischen Porosität und Stabilität kann durch Variation der Grösse und der Menge der porenbildenden Partikel justiert werden.

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Exentis Experten sorgen für Ergebnisse, die Ihren Anforderungen entsprechen

Die erforderliche Porosität eines Materials ist abhängig vom Verwendungszweck eines Bauteils. Daher ist die Zusammensetzung der für den Druck verwendeten Pasten entscheidend. Das Exentis-Team besteht aus Chemikerinnen, Materialspezialisten, Ingenieurinnen und 3D-Siebdruck-Spezialisten. Sie stellen sicher, dass jedes Kundenprojekt – falls erforderlich – eine massgeschneiderte Paste erhält, die nebst der optimierten Teilegeometrie die Leistung des Bauteils maximiert.

Exentis Materialexpertinnen bei der Arbeit

Exentis Materialexpertinnen bei der Arbeit

Die perfekte Kombination aus porösem Material und Komponentendesign

Sowohl Porosität als auch Design eines Bauteils haben einen grossen Einfluss auf die Leistung. In diesem Bereich bietet die additive Siebdrucktechnik den Vorteil, dass mikropräzise Strukturen direkt in die Bauteile integriert werden können. Darüber hinaus vereinfacht der 3D-Siebdruck im Gegensatz zu herkömmlichen Technologien häufig die Produktion, da mehrere Schritte in einem einzigen zusammengefasst werden.

Effiziente Filtration: die Rolle poröser Membranen bei der Reinigung von Flüssigkeiten und Gasen

Poröse Materialien sind hochwirksam für die Filterung von Flüssigkeiten und Gasen, die als spezielle Membranen zum Einsatz kommen. Diese Membranen zeichnen sich durch ihre grosse Oberfläche im Verhältnis zu ihrer Dicke aus und fungieren als selektive Barrieren. Partikel werden je nach Grösse zurückgehalten, Flüssigkeiten können hindurchfliessen.

Beim Filtrationsprozess dienen Filter in der Regel als erste Stufe, indem sie grössere Partikel auffangen, während Membranen anschliessend kleinere Partikel herausfiltern. Dieser zweistufige Ansatz gewährleistet eine hocheffiziente Filterung.

Ein Beispiel: eine Membran aus porösem Material auf der Basis von 316 L

In einem konkreten Kunden-Projekt wurde eine poröse Transportschicht (PTL) aus rostfreiem Stahl für den Einsatz bei der Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse entwickelt. Die poröse Transportschicht spielt eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung eines effizienten Gas- und Flüssigkeitstransports zu einer Filtermembran. Diese Transportschicht besteht aus drei Schichten von Materialien mit unterschiedlicher Porosität, kombiniert mit einer speziellen Bauteilgeometrie. Durch diese Konstruktion wird nicht nur den Stofftransport verbessert, sondern auch die Leistung des Elektrolyseprozesses.

Der 3D-Siebdruck erleichtert die Herstellung solcher Transportschichten, indem er in Kombination mit dem optimierten Design von Bauteilen eine spezifische Porosität ermöglicht.

Ein mit 3D Siebdruck gefertigtes Bauteil aus porösem Material

Ein mit 3D Siebdruck gefertigtes Bauteil aus porösem Material

Fazit: 3D-Siebdruck erschliesst neue Möglichkeiten für poröse Materialien

Die Technologie von Exentis bietet mehrere Vorteile für Anwendungen, die poröse Materialien erfordern:

Haben Sie Bauteile, bei denen die Porosität des Materials entscheidend ist? Kontaktieren Sie uns. Wir erzählen Ihnen gerne mehr über die Möglichkeiten des 3D Siebdrucks von Exentis.

 

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