Revolutie in 3D-printen van keramiek: Hoe technische keramiek wordt getransformeerd door additive manufacturing

Keramisch additief produceren is grotendeels een indirect proces waarbij een geprint groen onderdeel wordt ontbindt en gesinterd, wat resulteert in ongeveer 15–20% lineaire krimp (en tot 15–30% in volume).
Binder Jetting kan relatief grote keramische onderdelen snel produceren, maar na het sinteren behouden onderdelen doorgaans 20–30% porositeit en ruwe oppervlakken, wat fijne details beperkt.
Keramische stereolithografie (SLA/DLP) biedt hoge resolutie en kan na het sinteren ongeveer 99% van de theoretische dichtheid bereiken, hoewel industriële SLA-printers gewoonlijk $150k tot $500k kosten.
Materiaalextrusie met keramiek-gevulde filamenten zoals Nanoe’s Zetamix kan volledig dichte onderdelen opleveren (ongeveer 99% dichtheid) na het sinteren, met een laagresolutie van ongeveer 100 µm en beperkte printbare grootte.
Robocasting, of direct ink writing, maakt het mogelijk om complexe keramieken met grotere structuren tegen lage kosten te printen, terwijl de belangrijkste uitdaging het formuleren van een pasta is die vloeit maar snel genoeg uithardt om vorm te behouden.
Inkjet / NanoParticle Jetting, zoals getoond door XJet, bereikt uitzonderlijke precisie voor kleine keramische onderdelen maar is traag, kostbaar en wordt meestal gebruikt voor toepassingen zoals 5G-antennecomponenten en microgolfapparaten.
Veelgebruikte printbare keramische materialen zijn onder andere alumina (Al2O3), zirconia (3Y-TZP), siliciumcarbide (SiC), silicium nitride (Si3N4), aluminium nitride (AlN), hydroxyapatiet (HA), en composieten zoals zirconia-versterkte alumina (ZTA) of alumina-versterkte zirconia (ATZ).
Honeywell Aerospace demonstreerde in mei 2024 het gebruik van 3D-geprinte keramische mallen om turbinebladen te vervaardigen, waardoor de ontwikkelingscyclus werd verkort van 1–2 jaar tot 7–8 weken en mogelijk miljoenen werd bespaard.
In 2024 ging SINTX Technologies een samenwerking aan met Prodways om een allesomvattende keramische AM-oplossing te leveren, waarbij SINTX alumina, zirconia en silica keramieken levert en een meerjarige luchtvaartleveringsovereenkomst heeft gesloten.
In 2025 lanceerde 3DCeram CERIA, een door AI aangestuurd procescontrolesysteem dat automatisch printparameters aanpast en problemen in realtime detecteert om het rendement en de schaalbaarheid te verbeteren.

Technische keramieken – ook wel geavanceerde of high-performance keramieken genoemd – zijn ontworpen materialen die gewaardeerd worden om uitzonderlijke eigenschappen die traditionele keramieken (zoals aardewerk) en zelfs metalen of kunststoffen niet kunnen evenaren ^[1]. Ze worden gekenmerkt door extreme hardheid, het vermogen om zeer hoge temperaturen te weerstaan, chemische inertie, en uitstekende slijtvastheid, naast andere eigenschappen ^[2]. Deze uitstekende materiaaleigenschappen maken toepassingen mogelijk die ooit “voorheen ondenkbaar” waren, van medische implantaten tot onderdelen voor raketmotoren ^[3]. In wezen blinken technische keramieken uit waar conventionele materialen falen – ze bieden duurzaamheid en stabiliteit onder intense mechanische belasting, hitte of corrosieve omgevingen ^[4]. Dit maakt ze cruciaal in sectoren zoals elektronica, lucht- en ruimtevaart, energie en gezondheidszorg, waar componenten onder extreme omstandigheden moeten presteren.

Ondanks hun voordelen zijn geavanceerde keramieken historisch gezien moeilijk te vormen en te vervaardigen. Traditionele processen omvatten het persen of vormen van een poeder en het bakken ervan zoals aardewerk, gevolgd door uitgebreid machinaal bewerken (slijpen) om de uiteindelijke afmetingen te bereiken – een tijdrovende methode die gevoelig is voor scheuren of defecten ^[5]. Hier komt 3D-printen (additieve productie) in beeld. Door onderdelen laag voor laag op te bouwen uit keramische materialen, biedt 3D-printen nieuwe ontwerpvrijheid voor keramiek, waardoor dure mallen overbodig worden en de behoefte aan machinale bewerking afneemt ^[6]. Complexe geometrieën die voorheen onpraktisch waren – zoals interne kanalen, roosterstructuren of op maat gemaakte vormen – kunnen nu direct worden gevormd. Volgens experts van het U.S. Naval Research Lab krijg je met 3D-printen “in feite meer maatwerk in wat voor soort keramiek je kunt maken” in plaats van beperkt te zijn door een mal of matrijs ^[7]. Kortom, additieve productie staat op het punt om technische keramieken te revolutioneren, waardoor innovatieve producten en toepassingen mogelijk worden terwijl de superieure mechanische, thermische en chemische eigenschappen behouden blijven die deze materialen zo belangrijk maken ^[8], ^[9].

Hoe 3D-printen werkt met technische keramieken

Het printen van technische keramiek verschilt fundamenteel van het printen van gewone kunststoffen of metalen, vooral omdat keramiek gesinterd (gebakken) moet worden om hun uiteindelijke sterkte te bereiken. Vrijwel alle keramische 3D-printtechnieken van vandaag zijn een indirect proces: een printer maakt een “groen” onderdeel in de gewenste vorm, dat vervolgens wordt nabewerkt door ontbinding (het verwijderen van bindmiddelen of polymeren) en hoge-temperatuur sinteren om het keramiek te verdichten ^[10]. Deze tweestapsbenadering is noodzakelijk om het geprinte object om te zetten in volledig hard, massief keramiek. Dit betekent ook dat ontwerpers rekening moeten houden met krimp tijdens het sinteren (vaak ongeveer ~15–20% lineaire krimp), omdat het onderdeel kan krimpen en volume kan verliezen wanneer het bindmiddel verbrandt en de deeltjes samensmelten ^[11]. Het beheersen van deze krimp en het voorkomen van vervorming of scheuren is een van de belangrijkste uitdagingen in keramische additieve productie ^[12].

Verschillende 3D-printmethoden zijn aangepast om keramische onderdelen te vervaardigen, elk met hun eigen techniek en aandachtspunten:

Binder Jetting: Dit proces gebruikt een poederbed van keramische deeltjes en een vloeibaar bindmiddel dat laag voor laag wordt gespoten om de deeltjes in de gewenste vorm te lijmen. Na het printen wordt het fragiele “groene” onderdeel verwijderd en gesinterd tot volledige dichtheid. Binder jetting is momenteel de enige keramische AM-methode die relatief grote onderdelen met hoge snelheid kan produceren, en het vereist geen ondersteuningsstructuren tijdens het printen ^[13]. De keerzijde is echter een lagere resolutie en aanzienlijke porositeit – na het sinteren behouden onderdelen vaak 20–30% porositeit, tenzij ze verder worden geïnfiltreerd ^[14]. Oppervlakken zijn over het algemeen ruwer, en fijne details of interne holle structuren zijn beperkt (ongebonden poeder moet kunnen ontsnappen) ^[15]. Door de inherente porositeit werkt binder jetting goed voor toepassingen zoals poreuze kernen, filters en kroezen waar enige doorlaatbaarheid acceptabel is ^[16].
Stereolithografie (SLA/DLP): Bij keramische SLA wordt een lichtgevoelige hars geladen met keramisch poeder uitgehard door een UV-laser of projector om elke laag te vormen ^[17]. Het geprinte stuk (ingebed in een polymeermatrix) wordt vervolgens gewassen, nabehandeld met UV-licht en gesinterd om de hars uit te branden en het keramiek te verdichten. Deze technologie – soms lithografie-gebaseerde keramische productie genoemd – biedt uitstekende resolutie en hoge dichtheid. Het kan zeer ingewikkelde details en dunne wanden produceren, en ondersteunt een breed scala aan keramische materialen (alumina, zirkonia, op silicium gebaseerde keramieken, en zelfs biokeramieken zoals hydroxyapatiet) ^[18]. SLA-geprinte keramische onderdelen kunnen na het sinteren ongeveer 99% van de theoretische dichtheid bereiken, vergelijkbaar met traditioneel gemaakte keramieken ^[19]. Het nadeel is de kostprijs en complexiteit: industriële keramische SLA-printers zijn duur (vaak $150k tot $500k) ^[20], en het proces vereist zorgvuldige behandeling (bijv. het verwijderen van overtollige hars, UV-nabehandeling). Daarnaast is het niet mogelijk om holle, opgesloten holtes te printen met harsmethoden – elke interne ruimte zou gevuld zijn met vloeibare hars die niet kan worden afgevoerd ^[21].
Materiaalextrusie (Fused Filament/Paste Deposition): Bij deze methode wordt een filament of pasta geëxtrudeerd die keramisch poeder bevat, gemengd met polymeren of bindmiddelen, vergelijkbaar met FDM-printen van kunststoffen ^[22]. Een voorbeeld hiervan is de FFF (fused filament fabrication) methode met speciale filamenten (zoals Nanoe’s Zetamix), geladen met ongeveer 50% keramisch poeder. Na het laag voor laag printen van het onderdeel wordt het bindmiddel (meestal thermisch of met oplosmiddelen) verwijderd en het resterende keramiek gesinterd. Keramische extrusie is aantrekkelijk vanwege de eenvoud en betaalbaarheid – sommige keramische filamenten kunnen zelfs op standaard desktop 3D-printers worden gebruikt^[23]^[24]. Het levert ook volledig dichte onderdelen op (bijvoorbeeld Zetamix meldt ~99% dichtheid na sinteren), vergelijkbaar met SLA ^[25]. Het proces vereist minimale nabewerking (geen los poeder of harsbaden) ^[26]. De laagresolutie is echter meestal grover dan bij SLA (ongeveer 100 µm verschil) en de printbare grootte is beperkt – het is niet mogelijk om zeer grote onderdelen te maken zoals bij binder jetting ^[27]. Een verwante techniek, vaak robocasting of direct ink writing genoemd, extrudeert een pasta of slurry door een nozzle. Robocasting heeft met succes complexe keramieken geprint en wordt gewaardeerd om zijn “goedkoop en eenvoudig” karakter, terwijl het grotere structuren mogelijk maakt ^[28]. De belangrijkste uitdaging voor extrusie-gebaseerd printen is het formuleren van een pasta met de juiste reologie: deze moet soepel door de nozzle stromen, maar snel genoeg uitharden om zijn vorm te behouden zonder te barsten tijdens het drogen ^[29]. Het optimaliseren van bindmiddelen en oplosmiddelen is cruciaal om defecten in deze geprinte strengen te voorkomen ^[30].
Materiaaljetting / Inkjet: Een geavanceerde methode die wordt gebruikt door bedrijven zoals XJet, waarbij kleine druppeltjes van een keramische nanoparticulensuspensie op een bouwplaat worden gespoten, vaak met honderden spuitmondjes die gelijktijdig materiaal deponeren ^[31]. De druppeltjes drogen en verharden laag voor laag, gevolgd door sinteren om de nanopartikels te versmelten. Inkjet (ook wel NanoParticle Jetting genoemd) kan uitzonderlijke precisie en fijne detailkenmerken bereiken, waardoor het ideaal is voor kleine complexe onderdelen zoals miniaturiseerde elektronica of chirurgische instrumenten ^[32]. De nadelen zijn dat het traag, zeer kostbaar is en over het algemeen beperkt tot kleinere onderdelen ^[33]. Het vereist ook uitgebreide ondersteuning en verwijderingsprocessen voor de delicate groene onderdelen. Vanwege de precisie worden met inkjet geprinte keramieken onderzocht voor geavanceerde toepassingen zoals 5G-antennecomponenten en microgolfapparaten die ingewikkelde keramische geometrieën vereisen.

Ongeacht de printmethode, moeten alle keramische AM-onderdelen een ontbinding en sinteren ondergaan. Ontbinding verwijdert zorgvuldig het polymeer of bindmiddel (door middel van warmte of oplosmiddel) om barsten te voorkomen – bijvoorbeeld, te snel verhitten kan interne druk veroorzaken die het onderdeel doet splijten. Sinteren verdicht vervolgens het keramiek bij temperaturen vaak tussen ~1200–1600 °C (afhankelijk van het materiaal). Tijdens het sinteren treedt aanzienlijke krimp op doordat de deeltjes samensmelten; zoals een onderzoeksreview opmerkt, is het bereiken van dimensionale stabiliteit ondanks deze keramische krimp vaak een “significante uitdaging” die geoptimaliseerde bindmiddelen en sinterschema’s vereist ^[34]. Geavanceerde technieken (zoals het toevoegen van anorganische bindmiddelen of sinterhulpmiddelen) worden onderzocht om krimp en vervorming te verminderen ^[35]. Een andere uitdaging is het vermijden van resterende porositeit – bijvoorbeeld, binder jet-onderdelen hebben de neiging om resterende poriën te hebben als ze niet verder verdicht worden, wat de mechanische sterkte kan verminderen ^[36]. Nabewerking na het sinteren (zoals diamantslijpen) kan nodig zijn voor nauwe toleranties, aangezien keramiek niet gemakkelijk geschuurd of bewerkt kan worden met gewone gereedschappen. Ondanks deze obstakels vertonen succesvol 3D-geprinte keramische onderdelen materiaaleigenschappen die vergelijkbaar zijn met traditioneel vervaardigde keramiek ^[37]. Bedrijven melden dat geprinte alumina of zirkonia dezelfde dichtheid, sterkte en prestaties kunnen bereiken als onderdelen die door middel van persen of gieten zijn gemaakt, maar dan met veel grotere geometrische complexiteit ^[38].

Materialen gebruikt in keramisch 3D-printen

Er zijn verschillende technische keramische materialen aangepast voor 3D-printen, elk gekozen vanwege hun specifieke eigenschappen en toepassingsgebieden. Veelgebruikte materialen zijn onder andere:

Alumina (Al₂O₃): Alumina is een van de meest gebruikte technische keramieken. Het is een veelzijdig oxidekeramiek dat bekend staat om hoge hardheid, sterkte, stijfheid en uitstekende slijtvastheid ^[39]. Alumina weerstaat hoge temperaturen en is elektrisch isolerend, waardoor het nuttig is in zowel structurele als elektronische toepassingen. Het is ook relatief kosteneffectief, dus het dient vaak als “werkpaard”-materiaal voor de ontwikkeling van keramische AM-processen. Alumina-onderdelen worden gebruikt in alles van halfgeleiderproductiecomponenten tot biomedische implantaten. (Bij 3D-printen zijn alumina-slurries zoals Lithoz’s LithaLox populaire keuzes vanwege hun zuiverheid en consistentie ^[40].)
Zirkonia (ZrO₂): Zirkoniumoxide wordt gewaardeerd om zijn hoge taaiheid en weerstand tegen scheurvoortplanting, wat ongebruikelijk is bij keramiek ^[41]. Het heeft een breuktaaiheid en sterkte die hoger is dan die van alumina, en kan beter tegen impact- of cyclische belastingen (vandaar de bijnaam “keramisch staal”). Zirkonia wordt vaak gebruikt in medische en tandheelkundige toepassingen – bijvoorbeeld 3D-geprinte zirkonia tandkronen en implantaten – dankzij de biocompatibiliteit en sterkte. Het heeft ook een lage thermische geleidbaarheid en wordt gebruikt in thermische barrièrecoatings. Sommige 3D-printers gebruiken yttria-gestabiliseerde zirkonia formules, die een gewenste kristalfase voor taaiheid behouden. Zo kan 3Y-TZP zirkonia worden geprint om dichte, gladde onderdelen te maken die zelfs geschikt zijn voor heupimplantaten of duurzame slijtagedelen ^[42].
Siliciumcarbide (SiC): Een niet-oxide keramiek, siliciumcarbide is extreem hard (benadert diamant op de hardheidsschaal) en behoudt zijn sterkte bij zeer hoge temperaturen. SiC heeft ook een hoge thermische geleidbaarheid en is zeer chemisch inert. Deze eigenschappen maken het ideaal voor extreme omgevingen: motoronderdelen, snijgereedschappen, ovenonderdelen, raketmondstukken en zelfs lichaamsbepantsering. SiC’s hoge smeltpunt en gebrek aan plasticiteit maken het echter lastig om te sinteren; vaak worden speciale atmosferen of druk (zoals hot pressing) gebruikt bij conventionele productie. In 3D-printen is SiC aangetoond via indirecte methoden (bijv. het printen van een polymeeronderdeel en dit omzetten naar SiC door reactiebinding ^[43]). Sommige binder jetting-systemen kunnen ook SiC-objecten printen die later worden geïnfiltreerd/gesinterd. De thermische stabiliteit van siliciumcarbide is een groot voordeel – het kan overleven waar de meeste metalen zouden verzachten. Bijvoorbeeld, “materialen zoals siliciumcarbide, alumina en zirkonia behouden hun integriteit bij temperaturen ver boven die van metalen of polymeren” in turbine-motoren en hitteschilden ^[44].
Siliciumnitride (Si₃N₄): Een andere belangrijke niet-oxide keramiek, siliciumnitride, combineert hoge temperatuurbestendigheid met taaiheid en thermische schokbestendigheid. Het wordt gebruikt in veeleisende mechanische onderdelen zoals turbochargerrotors, lagers en het hanteren van gesmolten metaal omdat het snelle temperatuurwisselingen aankan en een lage dichtheid heeft (lichter dan staal). Si₃N₄ heeft ook een goede slijtage- en slagvastheid. In additive manufacturing zijn siliciumnitridepoeders geformuleerd voor processen zoals SLA en binder jetting. Zo biedt Lithoz een LithaNit 780-slurry aan voor het printen van siliciumnitride-onderdelen ^[45]. Deze geprinte Si₃N₄-onderdelen kunnen worden gebruikt in de lucht- en ruimtevaart (bijv. verbrandingsbekledingen) of zelfs snijgereedschappen. Een opvallende eigenschap is dat siliciumnitride minder bros is dan veel andere keramieken dankzij de korrelstructuur, waardoor geprinte onderdelen betrouwbare prestaties onder belasting vertonen.
Aluminiumnitride (AlN): Aluminiumnitride wordt gewaardeerd om zijn uitzonderlijke thermische geleidbaarheid (het geleidt warmte bijna net zo goed als sommige metalen, terwijl het een elektrische isolator blijft). Deze unieke combinatie maakt AlN het materiaal bij uitstek voor warmteafvoerplaten en substraten in hoogvermogen-elektronica. 3D-printen van AlN is nog in opkomst, maar bedrijven zoals Lithoz hebben AlN-printprocessen ontwikkeld (hun LithaFlux-materiaal) ^[46]. Potentiële toepassingen zijn onder meer op maat ontworpen elektronische verpakkingscomponenten die efficiënt warmte afvoeren of zelfs RF-componenten die profiteren van de diëlektrische eigenschappen.
Hydroxyapatiet (HA) en biokeramieken: Hydroxyapatiet, een calciumfosfaat, is een bioactieve keramiek die wordt gebruikt in bottransplantaten en implantaten omdat het sterk lijkt op het minerale bestanddeel van bot. 3D-printen van HA en verwante biokeramieken (zoals tricalciumfosfaat, TCP) heeft nieuwe mogelijkheden geopend in weefselengineering – chirurgen kunnen patiëntspecifieke botscaffolds krijgen die uiteindelijk integreren en oplossen naarmate echt bot groeit ^[47]. Keramische 3D-printers die zijn afgestemd op medisch gebruik kunnen HA-scaffolds produceren met poreuze structuren die ideaal zijn voor celgroei. Zo print de medische lijn van Lithoz HA- en TCP-scaffolds voor onderzoek in regeneratieve geneeskunde ^[48]. Andere biokeramieken, zoals met zirkonia versterkt alumina, worden gebruikt voor tandheelkundige implantaten die profiteren van zowel sterkte als bio-inertie.
Composieten en Gespecialiseerde Keramieken: Technische keramieken kunnen ook worden gemengd of gevormd tot composieten om hun eigenschappen aan te passen. Een veelvoorkomend voorbeeld is Zirconia Toughened Alumina (ZTA), dat de hardheid van alumina combineert met wat zirconia om de taaiheid (weerstand tegen scheuren) te verbeteren. Omgekeerd begint Alumina Toughened Zirconia (ATZ) met zirconia en wordt alumina toegevoegd om de hardheid te verbeteren. Deze composieten kunnen worden geprint om een balans van eigenschappen te bereiken voor toepassingen zoals snijgereedschapsinzetten of orthopedische implantaten. Er zijn ook keramiek-matrixcomposieten (CMC’s) waarbij keramische vezels (bijv. koolstof- of SiC-vezels) worden verwerkt voor extreme thermische toepassingen zoals turbinebladen van straalmotoren – hoewel het printen van CMC’s zich nog in een beginstadium bevindt. Ten slotte wordt er onderzoek gedaan naar het printen van functionele keramieken: bijvoorbeeld piëzo-elektrische keramieken (zoals bariumsilicaat of loodzirkonaat-titanaat) voor sensoren, of glas-keramieken en zelfs puur glas via aangepaste 3D-printprocessen ^[49]. Het scala aan printbare keramieken breidt zich snel uit naarmate de materiaalkunde vordert.

Toepassingen in Verschillende Industrieën

Dankzij hun unieke eigenschappen vinden 3D-geprinte technische keramieken hun weg naar een breed scala aan industrieën. Hier zijn enkele van de belangrijkste toepassingsgebieden en voorbeelden:

Lucht- en ruimtevaart & Defensie: De lucht- en ruimtevaartindustrie maakt gebruik van keramiek voor componenten die bestand moeten zijn tegen hoge temperaturen en spanningen. 3D-geprinte keramieken worden gebruikt voor het maken van turbine-onderdelen, raketmondstukken, thermische beschermtegels, en zelfs complexe gietkernen voor de productie van metalen turbinebladen ^[50], ^[51]. Omdat keramiek lichter kan zijn dan metalen en extreme temperaturen kan weerstaan, zijn ze ideaal voor onderdelen zoals neuskegels of vleugelvoorranden van hypersonische voertuigen, die temperaturen van >2000 °C ondervinden. Opvallend is dat geprinte keramische mallen en kernen nieuwe ontwerpen in de ontwikkeling van straalmotoren mogelijk hebben gemaakt – zo gebruikte Honeywell 3D-geprinte keramische mallen om turbinebladen te prototypen, waardoor hun R&D-cyclus aanzienlijk werd versneld ^[52]. In satellieten en defensiesystemen worden keramische RF (radiofrequentie) componenten geprint om de signaalkwaliteit in zware ruimteomstandigheden te verbeteren ^[53]. Sensoren voor de lucht- en ruimtevaart kunnen ook profiteren: het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum (DLR) heeft een 3D-geprinte zirkonia temperatuursensor van slechts 0,3 mm dik ingezet, waarbij gebruik wordt gemaakt van de stabiliteit van keramiek bij hoge temperaturen ^[54].
Automotive: Technische keramieken komen voor in motoren, uitlaatsystemen en andere auto-onderdelen die blootstaan aan hitte en slijtage. Zo worden 3D-geprinte keramieken gebruikt in katalysator-substraten (keramische honingraatstructuren) en lichte remschijven, waarbij ze profiteren van hun vermogen om hoge temperaturen te weerstaan met minimale thermische uitzetting ^[55]. Keramische bougie-isolatoren en brandstofinjectoren zijn andere voorbeelden – de elektrische isolatie en hittebestendigheid van keramiek verbeteren de betrouwbaarheid van het ontstekingssysteem. Omdat additive manufacturing gereedschapsbeperkingen wegneemt, kunnen autofabrikanten complexe keramische onderdelen veel sneller prototypen. Keramische onderdelen dragen ook bij aan brandstofefficiëntie; bijvoorbeeld, keramische motoronderdelen kunnen hogere bedrijfstemperaturen aan, wat leidt tot efficiëntere verbranding. Zoals een bron uit de industrie opmerkte, “De weerstand van keramiek tegen extreme omstandigheden maakt het perfect voor kritieke componenten zoals bougies, remmen en sensoren,” die met 3D-printen geproduceerd kunnen worden zonder de dure gereedschappen van traditionele methoden ^[56]. Dit maakt snellere ontwerpiteraties mogelijk voor high-performance motoren en zelfs maatwerkonderdelen voor motorsport of restauratie van klassieke auto’s.
Energie en stroomopwekking: De energiesector vertrouwt op keramiek in toepassingen variërend van energiecentrales tot batterijen. In 3D-printen is een opmerkelijk gebruik te vinden in solid oxide fuel cells (SOFC’s) – deze brandstofcellen werken bij ~800 °C en gebruiken keramische elektrolyten en elektroden. Onderzoekers hebben complexe keramische brandstofcelcomponenten in 3D geprint om de prestaties te verbeteren en de kosten te verlagen ^[57]. In kernenergie worden keramieken zoals siliciumcarbide onderzocht voor brandstofomhulsels en geprinte roosterstructuren die bestand zijn tegen straling en hitte. Gasturbines profiteren van keramische kernen (voor het gieten van bladen) en mogelijk van geprinte CMC-onderdelen voor hetere, efficiëntere turbines. Zelfs in hernieuwbare energie wordt keramisch AM toegepast: bijvoorbeeld geprinte keramische mallen voor het gieten van motoronderdelen in windturbines, of keramische onderdelen in zonnethermische reactoren. Zoals het bedrijf Wunder Mold beschrijft, zijn technische keramieken “essentieel in brandstofcellen, kernreactoren en zelfs zonnepanelen”, en bieden ze duurzaamheid en prestaties in deze systemen ^[58]. De mogelijkheid om ze te 3D-printen betekent sneller prototypen van nieuwe ontwerpen – zoals innovatieve warmtewisselaars of microturbine-onderdelen met interne koelkanalen die alleen keramiek kan weerstaan.
Medisch & Tandheelkundig: De medische sector heeft keramisch 3D-printen enthousiast omarmd vanwege de combinatie van biologische compatibiliteit en precisie. Keramieken zoals zirkonia worden gebruikt voor tandheelkundige restauraties (kronen, bruggen) en kunnen nu in 3D worden geprint in patiëntspecifieke vormen, wat een sneller alternatief biedt voor frezen. In de orthopedie worden 3D-geprinte botscaffolds van biokeramiek (hydroxyapatiet of tricalciumfosfaat) gebruikt om botdefecten op te vullen en nieuwe botgroei te stimuleren ^[59]. Deze scaffolds kunnen poreus en complex worden gemaakt op manieren die traditionele botvervangers niet kunnen, wat mogelijk het herstel bij grote botletsels verbetert. Technische keramieken komen ook voor in chirurgische instrumenten en medische apparaten: bijvoorbeeld keramische boorgeleiders, endoscopische sproeiers of componenten voor MRI-machines (waar metaal storing zou veroorzaken). Keramieken worden gewaardeerd omdat ze steriliseerbaar, hard en niet-reactief zijn. Ze worden zelfs gebruikt in middenoorimplantaten en tandheelkundige implantaten vanwege hun bio-inertie. Met 3D-printen kunnen chirurgen keramische implantaten krijgen die exact op de anatomie van een patiënt zijn afgestemd – zoals een op maat gemaakte keramische wervelkooi of een craniale implantaat – waarbij de sterkte van keramiek wordt gecombineerd met de personalisatie van AM. Kortom, de “sterkte en biocompatibiliteit” van keramiek maken ze ideaal voor implantaten en instrumenten, en additive manufacturing biedt nu de mogelijkheid om deze items snel in op maat gemaakte vormen te produceren ^[60].
Elektronica & halfgeleiders: Veel elektronica is afhankelijk van keramische materialen voor isolatie of als circuitsubstraten, en 3D-printen opent hier nieuwe mogelijkheden. Technische keramieken zoals alumina en aluminium nitride worden gebruikt als elektrische isolatoren op hoogspanningscomponenten en als substraten voor microchips en leds vanwege hun thermische geleidbaarheid ^[61]. Met 3D-printen creëren ingenieurs keramische printplaten met geïntegreerde koelstructuren of ongebruikelijke vormen. Voor communicatie met hoge frequentie (5G, radar, satelliet) kunnen 3D-geprinte diëlektrische resonatoren en antennes van keramiek superieure prestaties bieden – complexe geometrieën kunnen worden geprint om frequenties af te stemmen op manieren die niet mogelijk zijn met standaardproductie. Een recent voorbeeld betrof het printen van een dual-band keramische antenne die prestatieverbeteringen behaalde door gebruik te maken van ingewikkelde interne structuren ^[62]. Daarnaast worden in de microgolf- en vacuümelektronica keramische componenten zoals golfgeleiders, RF-filters en vacuümbuisonderdelen geprint. Deze apparaten maken gebruik van de stabiliteit van keramiek bij hoge spanningen en temperaturen. De halfgeleiderindustrie gebruikt keramisch 3D-printen ook voor het maken van op maat gemaakte waferverwerkingsapparatuur onderdelen (bijvoorbeeld keramische liftnagels, sproeiers of etskamercomponenten) met snelle levertijd. Over het algemeen maakt additive manufacturing het mogelijk om elektronische keramiek te prototypen en te produceren met geometrieën die de elektrische eigenschappen optimaliseren, terwijl de noodzakelijke isolerende of hittebestendige eigenschappen behouden blijven.
Industrie & chemische verwerking: In de zware industrie lossen technische keramieken problemen op waar metalen zouden corroderen of slijten. 3D-geprinte keramieken worden gebruikt voor pompwaaiers, kleponderdelen, sproeiers en leidingen die corrosieve chemicaliën of schurende vloeistoffen verwerken. Zo kunnen zuurbestendige keramische kleppen worden geprint voor op maat gemaakte chemische reactoren, waardoor dure meerledige assemblages overbodig worden. Keramieken zoals siliciumcarbide en alumina tonen opmerkelijke weerstand tegen zuren, logen en oplosmiddelen, waardoor geprinte onderdelen worden gebruikt in chemische verwerkingsapparatuur die een lange levensduur vereist ^[63]. Een andere niche zijn slijtdelen: fabrieken kunnen keramische geleiders, snijders of extrusiematrijzen printen die veel langer meegaan dan staal in omstandigheden met veel slijtage (bijvoorbeeld in de textielindustrie worden keramische oogjes en draadgeleiders gebruikt vanwege hun slijtvastheid). Op het gebied van gieterij en gietwerk zijn 3D-geprinte keramische mallen en kernen (zoals genoemd voor de luchtvaart) even nuttig voor industriële gietstukken van complexe metalen onderdelen, waardoor tijd wordt bespaard op gereedschappen en vormen mogelijk zijn die het eindproduct verbeteren. Omdat er geen gereedschap nodig is, kunnen onderdelen in kleine oplage en vervangingsonderdelen op aanvraag worden geproduceerd – bijvoorbeeld een verouderde mixerbladvoering of een op maat gemaakte keramische beugel kan worden geprint vanaf een CAD-model, waardoor onderhoud van industriële apparatuur mogelijk is zonder maanden te hoeven wachten op een machinaal vervaardigd keramisch onderdeel.

Samengevat zijn technische keramieken echt veelzijdige materialen. Van lucht- en ruimtevaartlaboratoria tot operatiekamers, hun toepassingen beslaan elk vakgebied dat materialen nodig heeft die presteren onder extreme hitte, slijtage of biocompatibiliteit ^[64]. De opkomst van keramisch 3D-printen versnelt ontwikkelingen in al deze sectoren door een snelle, flexibele manier te bieden om de voordelen van keramiek toe te passen in complexe, op maat gemaakte ontwerpen.

Voordelen en Beperkingen

Voordelen van 3D-geprinte technische keramieken: Door geavanceerde keramieken te combineren met additive manufacturing, verkrijgen we een combinatie van materiaaleigenschappen en ontwerpvrijheid. Belangrijke voordelen zijn onder andere:

Uitzonderlijke prestaties onder extreme omstandigheden: Technische keramieken bieden al superieure hardheid, temperatuurbestendigheid en corrosiebestendigheid. 3D-printen maakt het mogelijk om deze eigenschappen te benutten in efficiëntere vormen. Een keramisch onderdeel kan overleven waar metaal of plastic faalt – bijvoorbeeld, geprinte keramieken behouden hun sterkte bij gloeiendhete temperaturen “ver boven wat metalen of polymeren aankunnen” ^[65], waardoor ze van onschatbare waarde zijn voor hete delen van motoren, oppervlakken met veel slijtage of corrosieve chemische omgevingen. Ze roesten of degraderen ook niet gemakkelijk, wat zorgt voor een lange levensduur (een groot voordeel voor alles van biomedische implantaten tot boorgereedschap voor olie en gas).
Complexe geometrieën en maatwerk: Misschien wel het grootste voordeel is de ontwerpvrijheid die wordt geïntroduceerd. Zonder mallen of snijgereedschap zijn ingewikkelde interne kanalen, roosterstructuren voor gewichtsbesparing en patiënt- of missie-specifieke vormen allemaal mogelijk. Dit betekent dat ingenieurs onderdelen kunnen optimaliseren voor prestaties – bijvoorbeeld roosterstructuren om gewicht te verminderen of op maat gemaakte interne koelkanalen in een turbinebladmal ^[66], ^[67]. Unieke, op maat gemaakte componenten (zoals een implantaat gemaakt op basis van een CT-scan van een patiënt) worden economisch haalbaar. Zoals een industrie-expert opmerkte, kunnen 3D-printmethoden zelfs “de eigenschappen van keramiek verbeteren” door ontwerpen mogelijk te maken die het gedrag van het keramiek verbeteren (bijvoorbeeld door spanningen gelijkmatiger te verdelen of eerder onbereikbare kleine details te realiseren) ^[68].
Snelle prototypering en kortere ontwikkelingscycli: Additieve productie verkort de doorlooptijden aanzienlijk. Traditionele ontwikkeling van keramische onderdelen kon maanden of jaren duren (inclusief het maken van mallen en meerdere bewerkingsrondes) ^[69]. Daarentegen kan een ontwerp binnen dagen of weken geprint en direct getest worden. De ervaring van Honeywell spreekt boekdelen: in plaats van 1–2 jaar voor nieuwe gegoten turbinebladen, printten zij keramische mallen in 3D en kregen testbladen in minder dan 2 maanden ^[70]. Itereren op een ontwerp is zo eenvoudig als het aanpassen van het CAD-bestand en opnieuw printen, in plaats van een complete productielijn om te bouwen. Deze flexibiliteit is vooral voordelig in de luchtvaart en medtech, waar ontwikkeltijdlijnen en innovatie hand in hand gaan.
Geen gereedschap en minder afval: Omdat 3D-printen onderdelen direct vanuit een digitaal model opbouwt, wordt duur gereedschap (mallen of matrijzen) overbodig ^[71], ^[72]. Dit verlaagt niet alleen de kosten voor lage tot middelgrote productievolumes, maar maakt het ook mogelijk om economisch geometrieën te produceren die voorheen niet te gieten waren. Bovendien zijn veel keramische AM-processen relatief materiaalefficiënt – ongebruikt poeder kan worden gerecycled bij binder jetting, en extrusie/pasta-printen gebruikt alleen het benodigde materiaal. Dit kan leiden tot minder materiaalafval dan subtractieve bewerking van keramiek, waarbij veel materiaal wordt weggeslepen en vaak mislukte pogingen worden weggegooid. Ook de duurzaamheid verbetert: alleen produceren wat je nodig hebt, waar je het nodig hebt (aangezien digitale ontwerpen wereldwijd naar printers kunnen worden gestuurd), vermindert mogelijk de ecologische voetafdruk die gepaard gaat met verzending of overproductie van reserveonderdelen.
Mechanische, thermische en chemische voordelen: De geprinte onderdelen erven de aangeboren voordelen van geavanceerde keramieken: extreme hardheid en slijtvastheid (ideaal voor snijgereedschap en lagers), hoge druksterkte, en vaak een lagere dichtheid dan metalen (bijvoorbeeld, onderdelen van silicium-nitride zijn sterk maar veel lichter dan staal). Ze kunnen ook goede elektrische isolatoren zijn – handig voor het printen van op maat gemaakte hoogspanningscomponenten of antennesubstraten. Sommige keramieken zoals aluminium-nitride bieden een hoge thermische geleidbaarheid, dus een geprinte AlN-koelplaat kan elektronica effectief koelen terwijl het elektrisch isolerend blijft ^[73]. Biocompatibiliteit is een ander pluspunt in gevallen zoals zirkonia of hydroxyapatiet; geprinte implantaten corroderen niet en veroorzaken geen reacties in het lichaam zoals sommige metalen dat wel kunnen doen.

Ondanks deze voordelen zijn er nog steeds beperkingen en uitdagingen waarmee rekening moet worden gehouden bij keramisch 3D-printen:

Brosheid en risico op breuk: Alle keramieken zijn in zekere mate bros – ze missen taaiheid en kunnen breken bij schokken of trekkrachten. Deze fundamentele materiaaleigenschap betekent dat ontwerpers rekening moeten houden met spanningsconcentraties en ontwerpen moeten vermijden waarbij een keramisch onderdeel hoge trekspanning of impact ondervindt. Hoewel bepaalde samenstellingen zoals zirkonia taaier zijn, komen ze qua taaiheid nog lang niet in de buurt van metalen. Onderzoekers werken actief aan het verbeteren van de breuktaaiheid van geprinte keramieken en streven zelfs naar “verbeterde taaiheid” door het aanpassen van microstructuren ^[74]. Maar totdat zulke doorbraken er zijn, betekent de brosheid dat bijvoorbeeld een keramisch onderdeel beschermende ontwerpelementen nodig kan hebben (zoals afrondingen om scherpe hoeken te verminderen) of mogelijk niet geschikt is voor zeer dynamische belastingsscenario’s.
Krimp en vervorming: Zoals vermeld, veroorzaakt de sinterstap aanzienlijke krimp (vaak 15-30% in volume), en dit kan vervorming of dimensionale onnauwkeurigheden veroorzaken als het niet perfect gelijkmatig gebeurt. Het behalen van nauwe toleranties is moeilijk – doorgaans kan een geprint keramisch onderdeel onvoorspelbaar krimpen, waardoor kalibratie of zelfs iteratief schalen van de print nodig is om de juiste uiteindelijke maat te krijgen. Vervorming of kromtrekken is vooral problematisch bij grotere onderdelen of ongelijke geometrieën. Innovaties zoals het gebruik van speciale anorganische bindmiddelen kunnen helpen de krimp te verminderen door as achter te laten of te reageren tot een stabiele fase ^[75], maar dit maakt het proces complexer. Scheurvorming kan ook optreden tijdens het ontbinden/sinteren als het verwarmingsschema niet zorgvuldig wordt gecontroleerd om bindmiddelen langzaam en gelijkmatig te verwijderen ^[76]. Hierdoor kan het rendement van perfecte onderdelen een probleem zijn – sommige prints kunnen in de oven scheuren, wat de algehele procesefficiëntie vermindert.
Oppervlakteafwerking en precisie: Hoewel processen zoals SLA en inkjet een zeer fijne resolutie bieden, leveren andere zoals binder jetting en extrusie ruwere oppervlakken en minder detail op. Een keramisch onderdeel dat met binder jetting is gemaakt, heeft vaak een korrelige textuur en vereist nabehandeling door sinteren, wat randen kan afronden. Het verkrijgen van een glad, zeer precies oppervlak kan nabehandeling door slijpen of polijsten vereisen, wat arbeidsintensief is (keramiek kan meestal alleen met diamantgereedschap worden bewerkt). Kleine details kunnen ook verloren gaan of vervormen na het sinteren als ze onder de resolutiegrens liggen of te fragiel zijn om het verwijderen van de binder te overleven. Steunen bij SLA-printen kunnen vlekken achterlaten die verwijderd moeten worden. Daarom zijn voor toepassingen die ultrafijne precisie of een spiegelgladde afwerking vereisen (zoals bepaalde optische componenten), vaak extra nabewerkingsstappen nodig, wat tijd en kosten toevoegt.
Apparatuur- en productiekosten: De geavanceerde aard van keramisch 3D-printen betekent dat de apparatuur duur kan zijn. Industriële keramische printers (SLA, inkjet) en ovens die hoge temperaturen aankunnen, zijn een aanzienlijke investering, waardoor deze technologie vaak beperkt blijft tot gespecialiseerde bedrijven of onderzoeksinstellingen. Zoals vermeld, kan een keramische SLA-machine honderdduizenden dollars kosten ^[77]. Ook de materiaalkosten zijn niet te verwaarlozen: keramische poeders moeten zeer fijn en van hoge zuiverheid zijn, en in het geval van gepatenteerde harsen of bindmiddelen kunnen ze kostbaar zijn per kilogram. Daarnaast zijn de productiesnelheden nog niet zo hoog als bij sommige traditionele methoden voor grote volumes – 3D-printen is doorgaans geschikt voor prototypes of kleine series, terwijl het massaal produceren van miljoenen eenvoudige keramische onderdelen (zoals bougie-isolatoren) nog steeds goedkoper kan zijn met traditioneel persen en bakken. Deze economische verhoudingen veranderen echter naarmate printers sneller worden en meer bedrijven keramisch AM toepassen, waardoor de kosten dalen.
Kennis- en ontwerpeisen: Ontwerpen voor keramisch AM vereist expertise. Niet alle vormen die in polymeer of metaal geprint kunnen worden, zijn haalbaar in keramiek vanwege de krimp na het bakken en de behoefte aan ondersteuningen. Bijvoorbeeld, het printen van een volledig gesloten holle bol in keramiek is problematisch omdat het losse ondersteuningsmateriaal binnenin niet verwijderd kan worden en het onderdeel waarschijnlijk zal barsten tijdens het bakken door interne spanningen. Ingenieurs moeten overwegen waar ondersteuningsstructuren geplaatst moeten worden (vooral bij SLA) en hoe de geometrie zich zal gedragen tijdens het sinteren. Er is ook de uitdaging van parameteroptimalisatie – elk keramisch materiaal kan aanpassingen vereisen in laagdikte, uithardingsdiepte (voor SLA), extrusiesnelheid of bindmiddelverzadiging om goede resultaten te krijgen ^[78]. Het vakgebied ontwikkelt nog steeds best practices, en er is minder opgebouwde kennis vergeleken met metaal of polymeer AM. Er is dus een leercurve voor nieuwe gebruikers.

Samengevat ontsluit 3D-printen de enorme voordelen van technische keramiek – het mogelijk maken van hoogwaardige onderdelen met complexe ontwerpen – maar het brengt ook een eigen reeks beperkingen met zich mee. Huidige beperkingen zijn onder meer de inherente brosheid van keramiek, de moeilijkheid om perfecte nauwkeurigheid te bereiken door krimp, uitdagingen met het oppervlak en de hoge kosten en vaardigheden die vereist zijn. Veel van deze uitdagingen worden actief aangepakt door onderzoek en innovatie in de industrie. Naarmate de technologie volwassen wordt, verwachten we verbeterde processen (bijv. in-situ monitoring om krimp te beheersen, of nieuwe bindmiddelen om de sterkte te verhogen) die deze beperkingen zullen verminderen en het gebruik van keramisch AM verder zullen verbreden.

Recente innovaties en nieuws (2024–2025)

De afgelopen twee jaar zijn er belangrijke doorbraken geweest in keramisch 3D-printen, waarbij bedrijven en onderzoekers de grenzen van het mogelijke verleggen. Hier zijn enkele hoogtepunten van recente ontwikkelingen, aankondigingen en onderzoek (2024–2025):

Jetmotorprototyping – Honeywell’s 3D-geprinte turbinebladmallen (2024): In mei 2024 maakte Honeywell Aerospace bekend dat het 3D-geprinte keramische mallen gebruikt om turbofan-motorbladen van de volgende generatie te produceren ^[79]. Turbinebladen vereisen doorgaans complexe keramische gietkernen en mallen, die traditioneel tot 1–2 jaar kosten om te ontwikkelen. Ter vergelijking: Honeywell gebruikte een vat-fotopolymerisatie keramische printer (Prodways’ MOVINGLight-technologie) om deze mallen direct te printen in een hoog-resolutie keramische hars ^[80]. Hierdoor werd de prototypeproductiecyclus teruggebracht tot slechts 7–8 weken, waardoor veel sneller testen en itereren mogelijk werd ^[81]. Mike Baldwin, Principal R&D Scientist bij Honeywell, benadrukte dat additive manufacturing hen in staat stelde om “van ontwerp, print de mal, giet het, test het” binnen enkele weken te gaan, en vervolgens snel het ontwerp aan te passen en opnieuw te printen – een proces dat mogelijk miljoenen dollars bespaart aan ontwikkelingskosten ^[82]. Dit is een van de eerste bekende gevallen waarin een grote jetmotorfabrikant keramisch AM inzet voor kritische motoronderdelen. Het laat zien hoe 3D-printen de R&D in de luchtvaart transformeert, en het onderstreept het vertrouwen dat de geprinte mallen voldeden aan de strenge kwaliteitseisen voor het gieten van superlegeringen ^[83].
Industriepartnerschappen voor opschaling – SINTX en Prodways (2024): In een andere ontwikkeling in 2024 kondigde het geavanceerde keramiekbedrijf SINTX Technologies een samenwerking aan met 3D-printerfabrikant Prodways om een “allesomvattende oplossing” te creëren voor keramisch 3D-printen, met name voor giettoepassingen ^[84]. In het kader van deze samenwerking levert SINTX zijn expertise in keramische materialen (ze hebben meerdere printbare keramische harsen en poeders ontwikkeld) aan Prodways en haar klanten ^[85]. Ann Kutsch, General Manager van SINTX’s vestiging in Maryland, merkte op dat hun team 6 jaar ervaring heeft met Prodways-printers en al meerdere harscomposities en ontwerpen heeft gecommercialiseerd; ze verwacht dat een formeel partnerschap “tot baanbrekende ontwikkelingen en nieuwe oplossingen zal leiden” voor klanten ^[86]. Opmerkelijk is dat SINTX is overgestapt van prototyping naar daadwerkelijke productie – sinds 2024 bieden ze 3D-geprinte componenten in alumina, zirconia en silica keramiek aan, en hebben ze zelfs een meerjarige leveringsafspraak gesloten met een groot lucht- en ruimtevaartbedrijf ^[87]. Dit partnerschap is een voorbeeld van hoe de industrie zich organiseert: printerfabrikanten werken samen met materiaalspecialisten om ervoor te zorgen dat eindgebruikers een volledige workflow (materialen, procesparameters en ondersteuning) hebben om keramisch AM met succes te implementeren.
AI en automatisering – 3DCeram’s “CERIA”-systeem (2025): Het Franse bedrijf 3DCeram, een pionier op het gebied van keramische SLA-printers, introduceerde in 2025 een door AI aangestuurd procescontrolesysteem genaamd CERIA. Volgens berichten verhoogt de CERIA AI-oplossing het rendement en de schaal van keramisch 3D-printen door automatisch printparameters aan te passen en problemen in realtime te detecteren ^[88]. Grootschalige industriële keramiekproductie was lastig vanwege variabiliteit in prints en sinterresultaten; een AI-monitoringsoplossing kan fouten (zoals prints die kromtrekken of mislukken) aanzienlijk verminderen en de hele productielijn optimaliseren. Deze stap richting automatisering en slimme productie is bedoeld om keramisch AM te transformeren van een niche-prototypingtool tot een betrouwbare massaproductietechniek. Door AI te integreren, is het doel van 3DCeram om consistente, hoogwaardige output te bereiken, zelfs als de onderdelen groter worden en de volumes toenemen, wat een “nieuw tijdperk” betekent voor keramisch 3D-printen zoals beschreven in industrienieuws ^[89].
Conferenties en Samenwerking – AM Ceramics 2025 (Wenen): De AM Ceramics 2025 conferentie, gehouden in Wenen in oktober 2025, benadrukte de snelle vooruitgang en de groeiende interesse in het veld ^[90]. Georganiseerd door Lithoz (een toonaangevend bedrijf in keramische printers), bracht het experts uit onderzoek en industrie samen om doorbraken te delen. Opvallend was dat de agenda lezingen bevatte over het overbruggen van traditionele giettechnieken met AM (Safran Tech besprak hoe geprinte keramiek de gietmethoden in de luchtvaart zou kunnen veranderen), over nieuwe materialen zoals 3D-geprint fused silica glass (door Glassomer), en over geminiaturiseerde, zeer precieze keramische componenten voor quantumtechnologie (Ferdinand-Braun-Institut) ^[91]. Zelfs CERN presenteerde over het gebruik van 3D-geprinte keramiek voor thermisch beheer in deeltjesdetectoren ^[92]. Lithoz CEO Dr. Johannes Homa opende het evenement door de groei van de industrie te vieren: “It’s truly amazing to see the ceramic 3D printing industry grow, driven by so many brilliant minds, each of them rewriting the rules of ceramics” ^[93]. Dit gevoel onderstreept de samenwerkingsgerichte sfeer – academici en industrie werken samen om uitdagingen op te lossen zoals het opschalen van productie, het verbeteren van materialen (er werd gesproken over nieuwe keramische composieten), en het uitbreiden van toepassingen van luchtvaartlaboratoria tot operatiekamers in de medische sector ^[94]. Dat de tiende editie van de conferentie plaatsvond aan de TU Wien, laat ook zien hoe ver keramische AM in tien jaar is gekomen, van een curiositeit tot een dynamisch vakgebied met een eigen forum.
Doorbraken in Onderzoek – Origami Keramiek en Biomedische Vooruitgang: Op het gebied van onderzoek hebben universiteiten creatieve doorbraken gemeld. Zo ontwikkelde een team van de University of Houston (2024) een “door origami geïnspireerde” benadering om opvouwbare keramische structuren in 3D te printen die kunnen buigen zonder te breken – een opmerkelijke ontwikkeling gezien de brosheid van keramiek^[95]^[96]. Door een Miura-ori origamipatroon in het printontwerp te gebruiken, toonden ze aan dat een keramische structuur onder druk kon buigen, wat wijst op toekomstige keramische componenten met verbeterde taaiheid of schokabsorptie. In biomedisch onderzoek demonstreerde een team van Caltech/U. of Utah een vorm van ultrasound-geleide in-vivo printen (2025) – hoewel ze niet per se keramiek printten, voorzien ze dat het op een dag mogelijk wordt om hydroxyapatiet of andere biokeramieken direct op een verwondingslocatie in het lichaam af te zetten ^[97]. En op het gebied van botweefseltechniek hebben onderzoekers in Australië en China DLP-printers gebruikt om keramische botstructuren met gyroidroosters en zelfs composiet-bioglazen te maken, met als doel moeilijke botdefecten te behandelen ^[98]. Deze ontwikkelingen onderstrepen dat keramisch AM niet alleen draait om lucht- en ruimtevaart en industrie – het staat ook op het punt de gezondheidszorg op ingrijpende manieren te beïnvloeden.
Commerciële Productlanceringen: Verschillende bedrijven hebben de afgelopen twee jaar nieuwe keramische 3D-printers of materialen uitgebracht. Zo lanceerde AON Co. (Korea) eind 2023 de ZIPRO-printer, gericht op zeer precieze tandheelkundige en sieradenkeramiek ^[99]. Formlabs (bekend van polymeerprinters) betrad de keramische markt door Admatec over te nemen en een geüpdatete Admaflex 130-printer uit te brengen, waarmee keramisch DLP-printen breder toegankelijk wordt. Materialenstartups hebben ook verbeterde keramische harsen geïntroduceerd – zo bracht Tethon 3D in 2024 nieuwe formuleringen van keramische fotopolymeerhars uit, waarmee gewone SLA-printers keramische onderdelen kunnen maken na een sinterstap. Ondertussen kondigde XJet vooruitgang aan op het gebied van functionele keramische elektronica; gezamenlijk onderzoek met XJet’s NanoParticle Jetting demonstreerde een 3D-geprinte dual-band antenne die werkt op ongekende 5G-frequenties, waarmee de mogelijkheden van keramiek in hoogfrequente technologie worden getoond ^[100]. Deze product- en materiaallanceringen duiden op een volwassen wordende markt: meer spelers bieden oplossingen aan en gevestigde AM-bedrijven investeren in keramiek als groeigebied.

Al met al is 2024–2025 een spannende periode geweest voor technische keramiek in additive manufacturing. We hebben snellere prototyping in de lucht- en ruimtevaart gezien, nieuwe partnerschappen en opschalingsinspanningen, slimmere automatisering met AI, en een gestage stroom van innovaties vanuit de academische wereld. Belangrijk is dat de sector verder gaat dan kleine R&D-teams – grote namen in de lucht- en ruimtevaart (Honeywell, Safran), medische sector (SINTX) en industriële sectoren adopteren keramisch 3D-printen nu publiekelijk. Dit momentum zorgt voor vertrouwen dat keramisch AM de komende jaren een belangrijke rol zal spelen in de reguliere productie.

(Voor verdere lectuur en bronvermelding: zie het Honeywell-verhaal in TCT Magazine ^[101], het SINTX-partnerschapsnieuws op 3DPrintingIndustry ^[102], en verslaggeving van AM Ceramics 2025 ^[103], naast andere referenties.)

Commentaar van experts

Leiders op het gebied van technische keramiek en additive manufacturing hebben hun enthousiasme geuit over de transformerende impact van 3D-printen op dit ooit traditionele domein. Hier zijn enkele inzichtelijke citaten van industrie-experts en onderzoekers:

Dr. Johannes Homa, CEO van Lithoz (pionier in keramisch 3D-printen): Op de AM Ceramics 2025-conferentie blikte Dr. Homa terug op de groei van de sector in het afgelopen decennium. “Het is echt geweldig om de keramische 3D-printindustrie te zien groeien, gedreven door zoveel briljante geesten, die elk de regels van keramiek herschrijven,” zei hij, waarbij hij benadrukte hoe bijdragen van onderzoekers en bedrijven wereldwijd van wat ooit een nieuwe techniek was, een robuust, toonaangevend vakgebied hebben gemaakt ^[104]. Hij merkte op dat de conferentie is uitgegroeid tot een thought-leadership platform, wat aangeeft dat keramisch AM nu een sterke gemeenschap heeft die het vooruit stuwt. Deze opmerking onderstreept de gezamenlijke innovatie die plaatsvindt – materiaalkundigen, ingenieurs en spelers uit de industrie dagen samen de oude grenzen van keramiek (zoals vorm en taaiheid) uit en vinden nieuwe toepassingen via 3D-printen.
Mike Baldwin, Hoofd R&D Wetenschapper bij Honeywell Aerospace: Over het gebruik van 3D-geprinte keramische mallen voor turbinebladen benadrukte Baldwin het baanbrekende effect op de ontwikkelingssnelheid. “Met het conventionele investeringsgietproces kan het 1–2 jaar duren om de turbinebladen te produceren die nodig zijn voor het ontwikkelingsproces,” legde hij uit, terwijl ze met 3D-printen konden ontwerpen, printen, gieten en testen binnen twee maanden ^[105]. Als er een ontwerpwijziging nodig is, “kunnen we het elektronisch aanpassen en binnen ongeveer zes weken een nieuw blad krijgen,” zei Baldwin ^[106]. Dit citaat onderstreept de flexibiliteit en wendbaarheid die additive manufacturing biedt. Voor een ingenieur is het revolutionair om hardware net zo snel te kunnen itereren als een CAD-model – het haalt lange wachttijden weg en maakt snelle convergentie naar het beste ontwerp mogelijk. Baldwin noemde ook een potentiële besparing van “enkele miljoenen dollars” aan ontwikkelingskosten door deze aanpak ^[107], en wees erop dat er naast de technische voordelen ook een sterke zakelijke reden is voor keramisch AM in hoogwaardige toepassingen.
Ann Kutsch, Algemeen Directeur, SINTX Technologies (biokeramiekexpert): Over het aangaan van een partnerschap met Prodways benadrukte Ann Kutsch de diepgaande ervaring van SINTX met keramisch printen en haar optimisme over doorbraken. “Ons uitstekende engineeringteam heeft 6 jaar ervaring met het werken met Prodways-printers… Ik verwacht dat een formeler partnerschap zal leiden tot enkele baanbrekende ontwikkelingen en nieuwe oplossingen voor al onze klanten,” zei ze in een persbericht ^[108]. Kutsch’s perspectief laat zien hoe bedrijven nu expertise bundelen om de resterende uitdagingen in keramisch AM aan te pakken (zoals opschalen en het betreden van nieuwe markten). Als specialist in medische en technische keramiek ziet SINTX 3D-printen als een manier om nieuwe materialen en ontwerpen te commercialiseren die voorheen op het lab lagen. Haar gebruik van “baanbrekende ontwikkelingen” suggereert dat we aanzienlijke technische verbeteringen en toepassingsspecifieke oplossingen kunnen verwachten uit dergelijke samenwerkingen.
Boris Dyatkin, Materiaalonderzoeksingenieur, U.S. Naval Research Laboratory: Vanuit het R&D-perspectief gaf Dr. Dyatkin een materiaalkundig inzicht in waarom 3D-printen zo waardevol is voor keramiek. Door gebruik te maken van een 3D-printer, “krijg je in feite meer maatwerk in termen van welk soort keramiek je kunt maken,” legde hij uit in een interview ^[109]. Hij verwees naar het werk van NRL aan het printen van vuurvaste carbide-keramieken voor hypersonische voertuigen, waarbij printen hen in staat stelde vormen te creëren die niet mogelijk zijn met traditionele persmethoden ^[110]. Dit citaat vat een belangrijk gevoel in de onderzoeksgemeenschap samen: additieve productie is niet alleen het repliceren van wat eerder werd gedaan, het maakt volledig nieuwe types keramische componenten mogelijk. Wetenschappers kunnen nu microstructuren, samenstellingsgradiënten of complexe geometrieën ontwerpen en daadwerkelijk fabriceren, wat nieuwe onderzoekspaden opent in de keramische wetenschap. Dyatkin’s opmerking wijst ook op het vermogen om de samenstelling snel aan te passen of af te stemmen (bijvoorbeeld het printen van verschillende keramiek-metaal mengsels) veel eenvoudiger dan met conventionele processen.
Vincent Poirier, CEO van Novadditive (keramisch servicebureau): In een interview over de transformerende impact van 3D-printen op keramiek merkte Vincent Poirier op dat additieve processen “de eigenschappen van keramiek kunnen verbeteren” door ontwerpen mogelijk te maken met complexe geometrieën en kleinere details die voorheen onbereikbaar waren ^[111]. Hij gaf voorbeelden van hoe een goed ontworpen 3D-geprint keramisch onderdeel beter kan presteren dan een traditioneel gemaakt onderdeel – bijvoorbeeld, interne roosterstructuren kunnen een onderdeel lichter maken en toch de sterkte behouden, of op maat gemaakte koelkanalen kunnen een onderdeel koeler houden tijdens gebruik, waardoor de levensduur wordt verlengd. Poirier’s bedrijf werkt met tandheelkundige en industriële klanten, en hij benadrukte dat hoewel 3D-printen van keramiek nog niet bepaald goedkoop is, het waarde in prestaties biedt die vaak de kosten rechtvaardigt ^[112]. Dit standpunt, van iemand die keramische AM-diensten aanbiedt, onderstreept dat de adoptie van de technologie wordt gedreven door de unieke oplossingen die het biedt en niet alleen door de kosten. Naarmate de technologie volwassen wordt, zullen de kosten dalen, maar zelfs nu, wanneer men geconfronteerd wordt met een technisch probleem dat alleen door keramiek kan worden opgelost, kan 3D-printen de enige praktische manier zijn om het precieze onderdeel te krijgen dat nodig is.

Gezamenlijk schetsen deze deskundige stemmen een beeld van een sector in opkomst: er is enthousiasme over de nieuwe ontwerpvrijheid en probleemoplossende mogelijkheden die keramisch 3D-printen biedt. Leiders in de industrie zien echte economische en technische voordelen, onderzoekers zijn enthousiast over het verleggen van materiaalkundige grenzen, en de gemeenschap deelt actief kennis om de resterende uitdagingen te overwinnen. De uitdrukking “de regels van keramiek herschrijven” die Dr. Homa gebruikte, is zeer treffend – additive manufacturing verandert de manier waarop we denken over ontwerpen met keramiek, en deze experts benadrukken dat een nieuw tijdperk voor technische keramiek nog maar net begint.

Toekomstperspectief

De toekomst van 3D-printen in technische keramiek ziet er bijzonder veelbelovend uit, met verwachtingen van aanhoudende groei, technologische verbeteringen en bredere toepassing in verschillende sectoren. Als we vooruitkijken naar de komende 5–10 jaar, zijn dit enkele verwachte ontwikkelingen en mogelijke disrupties in dit domein:

Opschalen en industrialisatie: Een belangrijke trend zal zijn dat keramisch AM wordt opgeschaald van prototype- en kleinschalige productie naar echte industriële fabricage. Dit betekent snellere printers, grotere bouwvolumes en geautomatiseerde workflows. We zien nu al stappen in deze richting met AI-gestuurde procescontrole (zoals 3DCeram’s CERIA) en conferenties die de nadruk leggen op opschalen van pilot naar productie ^[113]. Tegen 2025 en daarna kunnen we printers verwachten die grotere keramische onderdelen (bijvoorbeeld complete turbinecomponenten van meerdere centimeters of grote isolatorvormen) betrouwbaar kunnen produceren. Bedrijven zoals Lithoz hebben machines met een groter formaat geïntroduceerd (zoals de CeraMax Vario V900 voor grote onderdelen) en multimateriaalprinters ^[114]. De introductie van robotica voor het hanteren van onderdelen tijdens het ontbinden en sinteren kan ook de doorvoersnelheid verbeteren. Uiteindelijk is de visie een keramische “printfarm” die hoogwaardige onderdelen produceert, net zoals plastic onderdelen vandaag de dag worden geprint – en sommige experts geloven dat we daar zullen komen naarmate de processtabiliteit en snelheid verbeteren.
Materiaalinnovatie – Verder dan de Klassiekers: We zullen waarschijnlijk een uitbreiding zien van beschikbare materialen, waaronder meer composieten en functionele keramieken. Er wordt onderzoek gedaan naar keramische matrixcomposieten (CMC’s) die geprint kunnen worden, waarbij keramiek wordt gecombineerd met vezels voor extreme taaiheid (nuttig in vliegtuigmotoren). Een ander gebied is functioneel gradiëntmateriaal – bijvoorbeeld een onderdeel dat overgaat van het ene keramiek naar het andere of van keramiek naar metaal over het gehele volume. Additieve methoden maken zulke gradaties uniek mogelijk door de materiaaltoevoer tijdens het printen te variëren. Tegen 2030 hebben we mogelijk printers die een onderdeel kunnen printen met een metalen kern en een keramisch oppervlak, of een gradiënt van alumina naar zirkonia, om optimaal gebruik te maken van de eigenschappen van elk deel. Glas en keramiek convergentie is een ander grensgebied: technologieën zoals het geprinte glas van Glassomer (dat in wezen silica is, een keramiek) suggereren dat toekomstige machines optische glasonderdelen met hoge precisie kunnen printen ^[115], waardoor toepassingen in optica en fotonica mogelijk worden. In de elektronica zouden printbare keramieken met hoge permittiviteit of piëzo-elektrische keramieken het mogelijk kunnen maken om sensoren en circuitcomponenten op aanvraag te produceren. Al deze materiaalinnovaties zullen de mogelijkheden van keramisch AM aanzienlijk verbreden.
Verbeterde Mechanische Eigenschappen: Een belangrijk onderzoeksdoel is het overwinnen van de traditionele brosheid van keramiek. Hoewel keramiek nooit zal gedragen als taaie metalen, zijn er strategieën om ze beter bestand te maken tegen schade. Nano-geëngineerde microstructuren, versterking met whiskers of vezels, en nieuwe sintertechnieken (zoals vonkplasma-sinteren of microgolf-sinteren) kunnen worden toegepast op geprinte onderdelen om de taaiheid te vergroten. Het origami keramiek onderzoek van de Universiteit van Houston, waarbij geometrisch vouwen flexibiliteit gaf ^[116], is een creatieve benadering. Een andere aanpak is het gebruik van nanodeeltjesbinding – kleinere deeltjes kunnen bij lagere temperaturen sinteren, wat mogelijk krimp en defecten vermindert. Experts zijn zelfs optimistisch: zoals een rapport opmerkte, werken onderzoekers aan het bereiken van “hogere bindingsenergie en verbeterde ductiliteit” in geavanceerde keramieken om hun structurele toepassing uit te breiden ^[117]. Als in de toekomst een geprint keramiek licht kan vervormen in plaats van te breken (zelfs als dat gebeurt via ontworpen microbarsten of interne structuren die energie absorberen), zou dat revolutionair zijn – plotseling zou keramiek kunnen worden vertrouwd in kritische dragende toepassingen zoals automotoren of infrastructuurcomponenten zonder angst voor plotseling falen.
Kostenreductie en Toegankelijkheid: Naarmate de adoptie toeneemt, wordt verwacht dat de kosten van keramisch printen zullen dalen. Meer concurrentie tussen printerfabrikanten (we hebben al toetreders uit Frankrijk, Oostenrijk, Israël, China, enz.) en materiaalleveranciers zal de prijzen van machines en verbruiksartikelen verlagen. Hierdoor wordt de technologie toegankelijk voor meer bedrijven, waaronder middelgrote fabrikanten en onderzoekslaboratoria. Er kunnen enkele desktopoplossingen ontstaan – bijvoorbeeld gespecialiseerde filamenten of harskits waarmee standaard 3D-printers keramische onderdelen kunnen maken (vergelijkbaar met hoe sommige laboratoria vandaag consumentprinters hacken voor keramiek). Naarmate de kosten dalen, zullen onderwijs en training ook verbeteren, waardoor de kennis wordt verspreid naar een nieuwe generatie ingenieurs. We kunnen universiteitscursussen verwachten die gewijd zijn aan ontwerpprincipes voor keramisch AM, wat meer talent in het veld zal opleveren en innovatie verder zal versnellen.
Integratie met Traditionele Productie: In plaats van conventionele methoden voor het vormen van keramiek volledig te vervangen, zal 3D-printen hiermee integreren. Een waarschijnlijk scenario zijn hybride processen – bijvoorbeeld het gebruik van 3D-geprinte keramische kernen in traditioneel gegoten onderdelen, of het printen van een complex deel van een onderdeel dat vervolgens samen met een groter, traditioneel vervaardigd lichaam wordt gesinterd. Een ander voorbeeld is reparatie: in plaats van een geheel nieuw onderdeel te maken, kan een beschadigd keramisch component gedeeltelijk worden geprint om ontbrekende secties te herstellen (er is onderzoek naar direct-write reparatie van keramiek). In de gietindustrie verwachten we dat meer gieterijen geprinte keramische mallen zullen gebruiken, zoals Honeywell deed, wat de benadering van gereedschappen verandert maar nog steeds traditioneel gieten voor het metaal gebruikt. Deze hybridisatie stelt gevestigde industrieën in staat om AM stapsgewijs te adopteren zonder alles te hoeven vernieuwen. Het is vergelijkbaar met hoe metaal-AM wordt gebruikt om mallen te maken voor het spuitgieten van kunststof onderdelen – in keramiek zullen geprinte kernen en mallen gebruikelijk worden in gieterijen en voor het produceren van complexe vormen die vervolgens worden samengevoegd met eenvoudigere keramische stukken.
Nieuwe Toepassingen en Marktgroei: Naarmate de technologie volwassen wordt, zullen geheel nieuwe toepassingen voor technische keramiek ontstaan, sommige mogelijk in consumentenmarkten. Men kan zich op maat gemaakte luxeproducten voorstellen – bijvoorbeeld op maat 3D-geprinte keramische horlogekasten of sieraden met ingewikkelde roosteresthetiek (keramiek kan erg mooi zijn en is huidvriendelijk). De trend van miniaturisatie in elektronica kan de vraag stimuleren naar 3D-geprinte keramische substraten met ingebedde circuits voor wearables of IoT-apparaten die bestand moeten zijn tegen hitte of biofluïda. In de medische sector zouden patiëntspecifieke implantaten (zoals schedel- of kaakimplantaten) ter plaatse in ziekenhuizen geprint kunnen worden als de regelgeving dat toestaat – de eerste stappen in deze richting worden al gezet met metalen implantaten, en keramiek kan voor bepaalde indicaties volgen. Defensie en lucht- en ruimtevaart zullen de ontwikkeling van ultra-hogetemperatuurmaterialen voor hypersonische toepassingen blijven stimuleren – tegen 2030 is het denkbaar dat sommige hypersonische voertuigen of terugkeervoertuigen voor de ruimtevaart kritische 3D-geprinte keramische componenten zullen hebben (zoals hitteschildtegels of motorvoeringen), omdat alleen deze aan de extreme eisen kunnen voldoen. Marktanalisten zijn optimistisch: de totale markt voor additive manufacturing groeit gestaag (verwacht wordt dat deze in het midden van de jaren 2020 tientallen miljarden dollars zal bereiken), en het segment keramisch AM zal naar verwachting sterke groei doormaken als onderdeel daarvan, naarmate meer eindgebruikers de waarde ervan ontdekken.
Potentiële verstoringen – Snelheid en nieuwe processen: Een onvoorspelbare factor voor de toekomst is de ontwikkeling van radicaal snellere of andere keramische printprocessen. Bijvoorbeeld een vorm van directe lasersintering van keramiek: als er een doorbraak komt waardoor een laser of elektronenbundel keramisch poeder snel kan sinteren zonder scheuren, zou dat éénstaps keramisch printen mogelijk maken (vergelijkbaar met hoe metalen tegenwoordig worden geprint met laser poederbedfusie). Er is ook onderzoek naar koud sinteren (druk + matige hitte + additieven gebruiken om snel te sinteren) wat, als het wordt toegepast op geprinte onderdelen, de oventijden van uren naar minuten kan terugbrengen. Een ander gebied is in-situ printen – bijvoorbeeld keramiek direct op bestaande assemblages printen (een keramische isolatielaag op een metalen onderdeel printen). Het ultrasound in-vivo printconcept van Caltech ^[118] is nog ver weg, maar conceptueel zou het kunnen fabriceren van keramische structuren on demand op locatie (zelfs in het lichaam of in de ruimte) een paradigmaverschuiving zijn. De eerste gebruikers van elk nieuw proces zullen waarschijnlijk high-value sectoren zijn zoals de lucht- en ruimtevaart of de medische sector.

Samenvattend wijst de ontwikkeling van 3D-geprinte technische keramiek op een veel grotere impact op technologie en productie dan we tot nu toe hebben gezien. Zoals een materiaalspecialist opmerkte, zullen geavanceerde keramieken naar verwachting “een cruciale rol spelen in het vormgeven van de toekomst van technologie” in veel sectoren ^[119]. Additive manufacturing is de sleutel die dit potentieel ontsluit. In de komende jaren kunnen we verwachten dat technische keramische onderdelen – van kleine elektronische componenten tot grote motoronderdelen – op nooit eerder mogelijke manieren worden ontworpen en op aanvraag worden geproduceerd. De combinatie van de superieure eigenschappen van keramiek met de flexibiliteit van 3D-printen zal blijven leiden tot innovaties die technische uitdagingen oplossen en nieuwe producten mogelijk maken. We zijn getuige van de vroege stadia van een keramische revolutie in de productie: een waarin eeuwenoude keramische materialen samenkomen met 21e-eeuwse digitale fabricage, wat resulteert in een krachtige synergie die vooruitgang zal stimuleren in de lucht- en ruimtevaart, energie, gezondheidszorg, elektronica en meer. Het enthousiasme van industriële leiders en onderzoekers is een duidelijk teken – het beste van keramisch 3D-printen moet nog komen. ^[120], ^[121]

3D Printing CERAMICS with 3DCeram

Bekijk deze video op YouTube.

References