3DOPTIC mostra perché l’ottica stampata in ceramica è il futuro di satelliti e UAV

La produzione additiva è una tecnologia chiave per fornire soluzioni innovative per strumenti ottici ottimizzati, soddisfacendo la crescente domanda di strumentazione ottica leggera a bordo di piattaforme spaziali e di veicoli aerei senza equipaggio (UAV). Per dimostrare la fattibilità del suo servizio 3DOPTIC in ceramica, 3DCeram ha prodotto uno specchio piano per il motore laser front-end (specchio per applicazioni laser ad alta energia) e applicazioni ottiche, applicando la produzione additiva alla progettazione e produzione del substrato ottico.

In generale, un sistema ottico deve soddisfare i requisiti di elevata rigidità per garantire la stabilità della linea di mira e un’elevata resistenza al duro ambiente meccanico e termico. Deve inoltre mostrare un’elevata stabilità per garantire prestazioni ottiche come componente di missione. La produzione tradizionale di componenti ottici, anche ai massimi livelli tecnologici, è un lungo processo in più fasi che include procedure ad alta intensità di manodopera (anche se il flusso di lavoro è parzialmente automatizzato) per ottenere un blocco iniziale di materiale, fresatura, macinazione, lucidatura, rivestimento e integrarsi all’interno del sistema.

D’altra parte, l’uso di AM presenta una serie di chiari vantaggi, tra cui la riduzione del peso attraverso una geometria complessa, la riduzione dei tempi di consegna e un consumo di materiale molto più basso. Inoltre, la maggiore libertà nella geometria si traduce in un’integrazione di sistema molto più grande e più semplice.

Meno rischi

Il processo di 3DCERAM consente la produzione di substrati ottici ceramici “personalizzati” con conseguente riduzione del rischio durante il processo di fabbricazione. Il processo sviluppato da 3DCERAM si basa sulla capacità di stampare direttamente in 3D il 10% del materiale necessario per realizzare il pezzo, anziché macinare il 90% della ceramica per creare uno specchio a forma di rete.

AM consente ai progettisti di sistemi ottici di esplorare nuove geometrie speculari, tra cui strutture posteriori semi chiuse, interfacce integrate e nervature conformi, aprendo nuove prospettive per la prossima generazione di strumenti. Questi includeranno sempre più soluzioni sempre più compatte con funzioni integrate (isolamento termico, canali di raffreddamento), una limitazione delle interfacce meccaniche e termiche e l’integrazione della funzione ottica come parte della struttura del dispositivo

Con l’implementazione della soluzione 3DOPTIC, i passaggi di produzione sono drasticamente ridotti da 6 a 3,5: stampa 3D, lucidatura e rivestimento. L’integrazione dell’interfaccia può essere effettuata semplicemente incollando poiché il dispositivo è progettato tenendo presente l’integrazione del sistema fin dall’inizio.

Di conseguenza, gli utenti riducono il rischio di problemi durante la produzione, aprendo al contempo un nuovo modo di sviluppare sistemi ottici raffreddati, sistemi ottici attivi o superfici ottiche a forma libera. Le funzionalità di forma della rete AM migliorano anche la qualità del processo di integrazione / incollaggio con una maggiore precisione.

L’importanza del materiale

Anche la scelta della ceramica utilizzata in 3DOPTIC per la produzione di parti ottiche è una parte molto importante del processo 3D. Gli elementi da considerare sono le proprietà meccaniche e termiche richieste, la rigidità e la densità e il coefficiente di dilatazione termica (CTE).

I materiali 3DMix di 3DCERAM per la linea di sistemi di produzione additiva CERAMAKER includono una gamma di paste (fanghi) e sospensioni per ottenere risultati di stampa ottimali dei dispositivi ottici. Queste paste sono state sviluppate per garantire una qualità pari ai metodi tradizionali. 3DCERAM ha ottimizzato la sua pasta con i criteri dei clienti in molti casi come una formulazione su richiesta di pasta ceramica per aderire ai parametri della macchina. Ciò ha permesso ai clienti di utilizzare le “proprie” polveri ceramiche utilizzando la tecnologia innovativa della stampa 3D ceramica.

I materiali disponibili in commercio utilizzati per 3DOPTIC includono allumina (AI2O3), cordierite e nitruro di silicio. 3DCERAM fornisce anche servizi su richiesta, con un team di esperti in grado di prendere in considerazione le esigenze e i requisiti specifici dei materiali di qualsiasi parte interessata. In questo caso la polvere fornita da un cliente viene analizzata, testata e confrontata.

Mentre la stampa 3D industriale dei nuclei di fonderia dovrebbe rappresentare una delle maggiori opportunità di guadagno, le applicazioni tecniche in ceramica (come le applicazioni aerospaziali) dovrebbero sperimentare la crescita più rapida nel prossimo futuro. Le applicazioni aerospaziali, che sono attualmente le applicazioni esistenti della produzione di additivi ceramici, rimangono le opportunità di guadagno più significative e si prevede che cresceranno fino a raggiungere i 289 milioni di dollari di entrate entro il 2027.