Современная 3D печать не ограничивается одним пластиком. Сейчас у пользователей есть выбор: от жестких и гибких полимеров до высокопроизводительных композитов. Одним из таких материалов, который находит все большее применение в разных отраслях промышленности, является керамика.

Так что же такое керамика? Это довольно широкий термин, который включает в себя все между глиняной посудой и глиноземом. Происхождение керамики можно проследить до Греции, где люди выпекали глину при высоких температурах, чтобы сделать ее жесткой. В настоящее время керамика делится на две категории: классическая, которая состоит только из натурального сырья (глина) и техническая, включающая в себя другие материалы, такие как кремний, углерод и азот.

Классическая включает в себя саму керамику, фаянс и фарфор. Техническая также известна как инженерная и её список будет гораздо длиннее, например, нитрид алюминия, диоксид циркония, нитрид кремния, карбид кремния и глинозем. Техническая керамика значительно улучшила механические, термические, химические и электрические свойства по сравнению с классической.

Зачем же печатать керамикой?

Вот только несколько преимуществ: эстетика, тактильность, химическая устойчивость, биосовместимость, высокая или низкая теплопроводность, электрический изоляция, высокое соотношение прочности и веса.

Первое, что приходит на ум, когда думаешь о керамике, это, как правило, посуда и скульптура. Но это только верхушка айсберга. Вот некоторые из отраслей, которые полагаются на керамику:

1. Космонавтика. Стабильность размеров и низкая плотность керамики делают ее идеальной для отправки в космос на ракетах и ​​спутниках в виде подшипников, уплотнений и тепловых экранов. Детали подвергаются экстремальным изменениям температуры в пространстве в зависимости от их относительного положения, поэтому важно, чтобы они не сжимались и не расширялись, а также были очень легкими.

2. Авиация. Те же самые свойства также полезны и в атмосфере Земли, где существует гораздо большая турбулентность и (воздушное) трение. Керамика обладает высокой устойчивостью к истиранию и нагреву, поэтому ее можно найти в различных компонентах самолета, включая корпус, электроизоляцию и топливные форсунки.

3. Автомобилестроение. Твердость и прочность керамики особенно полезны в автомобильной промышленности. Температурные колебания, вибрация, влажность, различные химикаты и масла; наши транспортные средства должны иметь дело со всем этим. От свечей зажигания и тормозов до датчиков и фильтров, в любой машине есть бесчисленное множество деталей, в которых используется керамика.

4. Медицина. Тот факт, что керамика легкая, долговечная и биосовместимая, делает ее отличным материалом для медицинской и хирургической промышленности, где она применяется для имплантатов, хирургических инструментов и направляющих, а также диагностического оборудования.

5. Энергетика. Системы производства и распределения электроэнергии являются в высшей степени требовательными, и надежность керамики здесь только приветствуется. Её износостойкость, электрическая изоляция и жесткие механические свойства позволяют выдерживать суровые условия электростанций.

6. Химия и фармацевтика. Для синтеза химических веществ и лекарств требуются процессы, которые включают быстрые изменения температуры, давления и коррозии. Изготовленная на заказ керамика может быть создана ​​так, чтобы выдерживать большинство металлов, используемых в промышленности.

7. Электротехника. Многие электрические компоненты должны работать в агрессивных средах, таких как датчики в двигателях и печах, а также вакуумные камеры ускорителей частиц; это все случаи, когда керамика сияет во всей своей красе.

Впрочем, это далеко не полный список. Оптика, металлургия, текстиль — керамика повсюду вокруг нас.

Типы керамической 3D печати.

Существует пять основных процессов для 3D печати керамики:

Выдавливание — паста или глинистая суспензия проталкиваются через сопло, послойно печатая требуемый предмет, как на настольном 3D принтере. Разрешение этой технологии самое низкое, но оно также масштабируется до самых больших объемов сборки.

Струйная связка — связующий агент избирательно наносится на слой керамического порошка по одному слою за раз. Финальные части должны пройти через процесс удаления лишних веществ.

Спекание порошка — мощный лазер спекает поперечные сечения каждого слоя на слой керамического порошка.

NanoParticle Jetting — жидкие суспензии, содержащие твердые керамические наночастицы, наносятся струйными струями слой за слоем.

Фотополимеризация (DLP) — смола, которая заполнена керамическими частицами, используется в DLP-принтере, который отверждает каждый слой в твердое вещество ультрафиолетовым светом. Финальные части должны пройти через процесс удаления лишних веществ.

Все типы требуют обжига для полного затвердевания, а некоторые системы даже дополнительного этапа спекания перед обжигом. Затем они могут быть застеклены, чтобы сделать их безопасными для продуктов, холодильников, духовок и посудомоечных машин.

3D печать позволяет использовать керамические геометрии, которые невозможно изготовить с помощью традиционных технологий литья под давлением, поэтому неудивительно, что компании внедряют технологии AM для оптимизации своих керамических деталей.