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La stampa 3D ceramica è stata rovente a Ceramitec 2024

La fiera leader a livello mondiale per l’industria della ceramica avanzata ha puntato sull’AM come area chiave di crescita

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Ceramitec, la più grande fiera mondiale con sede a Monaco per l’industria della ceramica avanzata, ha iniziato ad accogliere le aziende di produzione additiva per ceramica – per lo più produttori di hardware – come espositori e presentatori circa dieci anni fa, quando le tecnologie di produzione additiva per ceramica hanno iniziato ad avere uno sbocco commerciale. L’edizione Ceramitec 2024 rappresenta il culmine di questo impegno e anche il punto di partenza di un futuro luminoso. L’AM in ceramica è più caldo che mai, con le applicazioni di carburo di silicio, in particolare, che guidano la prossima generazione di stampa 3D ceramica avanzata.

Ceramitec presenta processi di produzione additiva, materiali, stampanti 3D, applicazioni e gli ultimi sviluppi degli organismi di ricerca nel campo della produzione additiva della ceramica. A Ceramitec 2024, ciò si è svolto sia nel padiglione 6, in gran parte dedicato alle aziende AM, sia nel padiglione 5, dove alcuni grandi fornitori di materiali ceramici e aziende ceramiche tradizionali hanno mostrato i loro ultimi lavori in AM. I visitatori hanno potuto vedere parti in ceramica stampate in 3D, che stanno rivoluzionando le industrie, in una serie di applicazioni. Produttori, utenti e scienziati hanno riferito dalla pratica e dalla ricerca come conducono la stampa su ceramica per applicazioni altamente complesse fino alla produzione in serie industriale.

Pensare in grande nel SiC

Iniziamo la nostra recensione con alcuni degli ultimi sviluppi più impressionanti visti a Ceramitec 2024. Molti – ma non tutti – sono legati al carburo di silicio. Ciò che è stato particolarmente evidente nella stampa 3D in carburo di silicio è stata la dimensione delle parti in carburo di silicio viste alla fiera e quindi l’aumento della domanda di materiale. Abbiamo descritto e previsto questa tendenza in grande dettaglio negli ultimi rapporti di mercato della ceramica tecnica AM di VoxelMatters e in tutte le nostre ricerche di mercato per diversi anni, ma vederlo di persona prendere piena attualizzazione è stato impressionante.

Con la sua attività IntrinSiC, Schunk è leader di mercato nella produzione di componenti in carburo di silicio. Si tratta per lo più di parti in carburo di silicio (SiSiC) infiltrato di silicio realizzate mediante getto di legante di grande formato – non SiC sinterizzato puro – ma le applicazioni sono significative sia nell’industria manifatturiera dei semiconduttori che in parti altamente resistenti al calore per processi termici. Schunk è stata tra le prime grandi aziende a costruire un’attività di getto di leganti in carburo di silicio, più o meno contemporaneamente al concorrente SGL. Il loro successo mostra chiaramente la differenza che fa la mentalità, soprattutto nell’AM. Schunk credeva fermamente in questa impresa e investì molto per realizzarla mentre SGL non mostrò mai molta convinzione. Ora Schunk sta raccogliendo i frutti di un nuovo segmento di mercato estremamente redditizio mentre SGL ha dovuto ritirarsi, sprecando il piccolo investimento fatto.

Per dimostrare che il carburo di silicio non è una moda passeggera, molte altre aziende stanno ora prendendo di mira questo business, che sta crescendo più velocemente di qualsiasi altro segmento AM. ExOne (parte di Desktop Metal), che fornisce sistemi di getto di legante per la maggior parte delle aziende che producono parti SiSiC a livello industriale, fornisce anche servizi per parti in carburo di silicio, insieme a molti altri materiali (compreso il sale).

E non è l’unica compagnia di jetting a farlo.

La startup olandese Concr3de, in collaborazione con lo specialista di materiali e servizi per AM in ceramica WZR, ha introdotto la stampa 3D al carburo di silicio insieme a molti altri materiali (compresi quelli personalizzati come legno e cemento refrattario). Sia ExOne che Concr3de ​​(e voxeljet – che non era presente alla fiera, poiché l’azienda si trova ad affrontare una delicata transizione da società pubblica a privata) hanno o stanno sviluppando capacità di grandi dimensioni. Schunk ha confermato che stanno realizzando componenti per l’industria manifatturiera dei semiconduttori che possono misurare 4 metri di lunghezza.

Questo enorme aumento della domanda di materiali sta spingendo i produttori di carburo di silicio a sviluppare e commercializzare gradi di polvere specifici per soddisfare i requisiti dell’AM. Ciò include attori che VoxelMatters ha già identificato nella fase iniziale, come Washington Mills , ESK-SICSaint Gobain e una nuova società cinese chiamata Sanzer New Materials.

Come mostrato nelle ultime tre immagini a destra della galleria fotografica in alto, anche Saint Gobain e Sanzer producono pezzi. La prima ha trovato un mercato ideale nella produzione di componenti efficienti per bruciatori resistenti alle alte temperature (SPYROCOR, HEATCOR e NOXBUSTER) per sistemi di forni di grandi dimensioni, con il marchio Amasic. Queste sono alcune delle parti finali più grandi viste in tutta la stampa 3D. Sanzer produce anche parti SiSiC e ha affermato che il direttore aziendale dell’azienda, Bernard Wu, ha affermato che “consumano fino a 500 tonnellate di carburo di silicio all’anno, utilizzando un sistema binder jetting di grandi dimensioni prodotto localmente”.

Ma non finisce qui per il carburo di silicio. D3-AM e Tritone, due interessanti aziende che hanno sviluppato processi AM avanzati ad alta produttività, hanno mostrato parti SiC pure, sinterizzate alla massima densità, senza richiedere infiltrazione di silicio. D3-AM, uno spin-off del Gruppo Durst, ha presentato parti in SiC realizzate con la sua avanzata tecnologia Micro-Particle Jetting (un tipo di getto di materiale). Tritone ha fatto lo stesso con il suo sistema DOMINANT ad alta produttività basato sull’esclusivo processo MoldJet (un mix tra deposizione e getto di materiale). Esistono anche altre tecnologie per produrre parti SiC, principalmente utilizzando processi di estrusione di pasta, come il sistema MAT di 3DCeram-Tiwari, che ora supporta anche la stampa diretta di materie prime a pellet o  i materiali filamentosi ceramici legati Zetamix di Nanoe, che possono essere utilizzati sulla maggior parte dell’estrusione di filamenti.

I leader dell’AM in ceramica puntano alla produzione

Anche se il binder jetting SiC (e il getto di materiale) sta decollando (e recuperando rapidamente terreno), i leader di mercato nella ceramica tecnica rimangono Lithoz e 3DCeram, le aziende tecnologiche di fotopolimerizzazione in vasca (VPP) che per prime hanno introdotto la stampa 3D di ceramica tecnica ben oltre un anno fa. dieci anni fa. Ora hanno alcuni concorrenti in più nel settore dell’hardware (principalmente aziende con sede nella regione APAC) – il che è positivo – ma nessuno così tecnologicamente avanzato. È interessante notare che Lithoz e 3DCeram rappresentano la leadership in ciascuno dei due approcci principali alla stampa 3D ceramica stereolitografica utilizzando fanghi: basato su laser e DLP. La loro tecnologia influenza il modo in cui ciascuna azienda mira a una maggiore produttività.

A Ceramitec 2024, Lithoz ha presentato il software CeraControl, portando la produzione additiva ceramica verso una nuova dimensione della produzione in serie tramite la “Ceramic 3D Factory”. Il sistema consente e facilita l’uso in rete di più sistemi CeraFab S65. Come dimostrato allo stand Lithoz, una 3D Factory con un numero sufficiente di unità installate potrebbe produrre fino a 13,9 milioni di ugelli aerospike con un diametro di 12 mm all’anno. Ciò richiederebbe l’installazione di 100 macchine, ma è tutt’altro che impossibile.

Una dimostrazione del potenziale di produttività di Lithoz.

Altre configurazioni con meno macchine e parti più grandi porterebbero comunque alla produzione di centinaia di migliaia e milioni di parti complesse in ceramica avanzata in modo economicamente vantaggioso. “L’idea è che qualsiasi numero di macchine Lithoz possa essere utilizzato, anche a distanza, per produrre rapidamente più parti, ha affermato il responsabile marketing Norbert Gall. “unisce la tecnologia Lithoz e i produttori a contratto di tutto il mondo in un’unica rete globale per la produzione in serie interconnessa, tramite il software CeraControl”.

Utilizzando i laser invece della luce proiettata, i sistemi più grandi di 3DCeram possono avere volumi di costruzione maggiori. Ciò significa che sono necessarie meno macchine per la produzione in serie rispetto a Lithoz; tuttavia, a causa delle enormi quantità di materiali coinvolti, ogni stampa deve essere completata, garantendo la qualità e la ripetibilità delle parti. Per consentire ai propri clienti di fare questo con ogni lavoro di stampa, 3DCeram ha presentato al Ceramitec 2024 il software CERIA Set basato su AI. Questa app abilitata all’intelligenza artificiale contiene tutte le istruzioni basate sull’esperienza ventennale di 3DCeram nella stampa 3D ceramica, per un rapido trasferimento tecnologico ai suoi utenti.

L’elevata produttività di 3DCeram è mostrata nelle foto sopra e in alcune bellissime parti uniche sotto.

“Mentre affrontiamo le complessità della produzione industriale su larga scala, l’importanza di soluzioni innovative come CERIA Set non può essere sopravvalutata”, ha affermato Kareen Malsallez di 3DCeram. “La nostra intelligenza artificiale non solo semplifica i processi di produzione, ma migliora anche in modo significativo l’efficienza, a tutti i livelli”. Ciò che fa CERIA Set è aiutare a semplificare il processo di preparazione alla stampa, implementare regole di progettazione migliori e prevenire errori. Utilizzato su sistemi di produzione come C3601 ULTIMATE, C1000 FLEXMATIC e C101 EASY FAB, si traduce in piastre di costruzione più complete che accelerano e migliorano la produttività.

Abbiamo menzionato la concorrenza. Mentre alcuni attori noti in questo spazio come AON e Adamtec (parte di Nano Dimension, anch’essa in fase tradizionale) non erano presenti a Ceramitec 2024, altre due società sono emerse mostrando nuovi sistemi AM ceramici DLP e basati su laser. Una è SK FINE, con sede in Giappone, fondata nel 2018 come divisione del grande produttore di macchinari SHASHIN KAGAKU.

La stampante 3D SLA in ceramica di SK FINE

Ora pronta per entrare nei mercati occidentali, SK FINE propone tre sistemi: due più piccoli basati su SLA (laser VPP) e uno più grande per la produzione basata su DLP. Questo, l’SZ-6000, ha un volume di costruzione di 660 × 600 × H300 mm e ha ottenuto tempi di esposizione dieci volte più rapidi rispetto ai modelli basati su laser attraverso l’adozione di un metodo multiscansione DLP. L’altra nuova azienda hardware al Ceramitec 2024, 3DControls con sede in Corea del Sud, ha presentato un sistema DLP più piccolo (120 × 68 × 45 mm), il TD6, per applicazioni più piccole ad alta precisione in allumina e zirconio.

Realizzare molte parti in ceramica

Abbiamo già discusso della varietà e della quantità di pezzi di grandi dimensioni realizzati utilizzando il carburo di silicio. Tuttavia, i materiali ceramici più tradizionali per l’AM, l’allumina e la zirconia, vengono utilizzati anche per applicazioni sempre più ampie. Ceramitec 2024 ha visto la partecipazione di vari utilizzatori di ceramica AM e fornitori di servizi che hanno mostrato le loro capacità. In un segmento di mercato che è stato costruito da zero da pionieri come WZR (utilizzando i sistemi Lithoz e Concr3de), Steinbach (utilizzando più sistemi Lithoz), Cerhum (utilizzando i sistemi 3DCeram) e Bosch Advanced Ceramics (utilizzando entrambi i sistemi Lithoz e 3DCeram ma non presente come espositore a questa edizione), sono emerse alcune altre aziende che hanno presentato nuovi interessanti prodotti e applicazioni che contribuiranno ad espandere il mercato della ceramica AM.

L’azienda svizzera Ceramaret ha investito in modo significativo per espandere le proprie capacità di stampa 3D ceramica sia utilizzando la tecnologia DLP sia recentemente introducendo la tecnologia binder jetting (nanoparticle jetting) di XJet. L’azienda ha mostrato diverse parti stampate, tra cui una serie di splendidi cinturini per orologi intrecciati, stampati direttamente in 3D in ceramica. Alumina Systems , che utilizza sia la tecnologia Lithoz che quella 3DCeram, è andata oltre, mostrando un’ampia varietà di applicazioni per la produzione di semiconduttori. In particolare il Dr. Steffen Welter ha mostrato uno strumento altamente complesso, un anello utilizzato nel processo di deposizione di strato atomico (ALD) per la produzione di semiconduttori, dove un gas si mescola con il plasma, in condizioni calde e corrosive che solo le ceramiche avanzate possono sopportare per lunghi periodi, per “estrarre” e depositare gli strati sottilissimi su un wafer.

La stampa 3D della ceramica diventa rovente a Ceramitec 2024 mentre la fiera leader mondiale per l’industria della ceramica avanzata punta gli occhi sull’AM

La stampa 3D della ceramica diventa rovente a Ceramitec 2024 mentre la fiera leader mondiale per l’industria della ceramica avanzata punta gli occhi sull’AMAltre grandi aziende produttrici di ceramica stanno ora iniziando a esplorare la stampa 3D ceramica e si trovano in varie fasi del processo di ricerca e sviluppo. La società indiana CUMI ha investito in un sistema 3DCeram più piccolo per iniziare a valutare il processo mentre Indo MIM, che già adotta il binder jetting metallico, sta ricercando parti in ceramica stampate in 3D per estrusione.

Questo processo di adozione è ora chiaramente in corso.

La divisione Zirpro di Saint Gobain ha confermato che stanno iniziando a vedere una maggiore domanda per i loro materiali in zirconio per applicazioni di produzione additiva, mentre specialisti di miscelazione di materiali come la società tedesca EIRICH hanno mostrato diverse parti stampate in 3D realizzate con materiali che ha contribuito a produrre. Anche nel tradizionale segmento della ceramica (argilla), giganti come Imerys e grandi aziende specializzate come Ceramica Collet hanno segnalato una domanda continua per i loro prodotti in materiale argilloso premiscelato specifici per la stampa 3D. E Nabertherm, un gigante dei forni per la sinterizzazione, offre una vasta gamma di forni specifici per l’AM e ha scelto Ceramitec 2024 per presentare il suo ultimo.

A Ceramitec 2024 c’era spazio anche per alcune impressionanti capacità di produzione di stampa 3D ceramica tradizionale. Aziende come 3D Minerals e Lehmhuus 3D Ceramics, insieme a organizzazioni di ricerca come Energie Campus Nurberg, hanno mostrato prodotti finali realizzati con diversi tipi di argilla e altri prodotti ceramici tradizionali.

Nanoe propone anche la tradizionale stampa 3D ceramica con tecnologia di estrusione di filamenti termoplastici legati. Tutte queste iniziative dimostrano che la ceramica tradizionale può essere un materiale ideale ed economicamente vantaggioso per le parti di uso finale, anche per cicli di produzione più grandi. La maggior parte delle parti che abbiamo visto sono state realizzate utilizzando sistemi 3D Potterbot o hardware di deposizione robotica.

Altri, come la società tedesca OECHSLER, anch’essa un grande fornitore di servizi di stampa 3D nel segmento delle parti polimeriche, ha finora scartato la possibilità di introdurre funzionalità AM in ceramica nella sua attuale attività di produzione di massa di parti in ceramica. Le quantità e le tipologie di pezzi che queste grandi aziende producono sono ancora fuori portata, ma arriverà il momento di diversificare ulteriormente la loro offerta.

Nuove tecnologie e ricerca per la produzione additiva in ceramica

Oltre a migliorare la produttività delle tecnologie esistenti, un altro modo in cui il mercato dell’AM in ceramica si aprirà a nuovi e più grandi utilizzatori sarà attraverso l’introduzione di nuove tecnologie additive in grado di soddisfare i requisiti specifici del settore. L’azienda tedesca Exentis è un esempio perfetto. La sua tecnologia di serigrafia pronta per la produzione consente la produzione economicamente vantaggiosa di milioni di parti precise e complesse in un’ampia gamma di materiali, inclusa la ceramica avanzata. Presenta dei limiti, dati dalla natura del processo che si basa sulla forma dello “schermo” e quindi limita in una certa misura la geometria della parte. Tuttavia molte applicazioni ceramiche trarranno vantaggio dall’approccio serigrafico.

Un’altra tecnologia che aprirà nuove opportunità è il getto di materiale. Lo abbiamo visto in precedenza quando abbiamo discusso delle capacità di stampa 3D del nitruro di silicio di D3-AM e dell’uso da parte di Ceramaret della tecnologia XJet per l’allumina. Ma sembrava che avessimo appena iniziato a scalfire la superficie delle possibilità quando il CEO di D3-AM Stefan Waldner ci ha mostrato un pezzo in allumina con canali interni chiusi, qualcosa che non può essere ottenuto con i processi ceramici basati su tino.

Utilizzando anche un tipo di binder jetting, con un massimo di sei ugelli più grandi in una testina di stampa per più materiali, AMAREA ha mostrato diverse applicazioni interessanti, inclusa l’elettronica co-sinterizzata integrata. Utilizzo di ceramica co-cotta a bassa temperatura con argento conduttivo a temperature fino a un massimo di 350°C. “Oltre questo”, ha detto il CTO Rober Johne, “e fino a ca. 1500°C, i compositi di nitruro di silicio con diversi contenuti di disiliciuro di molibdeno possono essere utilizzati dai sistemi AM basati su Multi Material Jetting di AMAREA Technology come accoppiamento isolante+conduttore per realizzare funzioni come riscaldatori resistivi integrati in un componente.

E la ricerca continua sia a livello istituzionale che commerciale. L’organizzazione francese CTTC (Centro per il trasferimento tecnologico della ceramica) e l’organizzazione tedesca FGK (Forschungsinstitut fur Glas – Keramik) hanno presentato numerose innovazioni di materiali e processi. Tra i più notevoli, un pezzo complesso realizzato in ceramica derivata da polimeri da CTTC, “principalmente come un esperimento divertente”, come ha spiegato l’amministratore delegato Olivier Durand, mentre l’ organizzazione tedesca FGK ha mostrato l’ultima novità del progetto intrapreso con Lithoz in co- parti elettroniche integrate sinterizzate.

Da qualunque lato la si guardi, elettronica e ceramica sono state un binomio caldo a Ceramitec 2024.

 

 

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Davide Sher

Sono un giornalista professionista iscritto all'ODG dal 2002 e mi sono sempre occupato di comunicazione trade. Per 10 anni ho redatto una testata dedicata al mercato dei videogiochi e successivamente ho partecipato alla creazione del primo iPad magazine dedicato all'elettronica di consumo. Dal 2012, mi occupo esclusivamente di stampa 3D/manifattura additiva, che vedo come la più affascinante e reale delle tecnologie oggi agli albori ma che plasmeranno il nostro futuro. Ho fondato Replicatore.it nel 2013 e ho scritto come blogger per diversi siti internazionali. Nel 2016 ho fondato la mia società 3dpbm (www.3dpbm.com), con base a Londra, che offre servizi di supporto alle aziende che vogliono comunicare, sia in Italia che nel mondo, i loro prodotti legati alla manifattura additiva. Oggi pubblichiamo diverse testate internazionali tra cui 3D Printing Media Network (il nostro sito editoriale internazionale), 3D Printing Business Directory (la più grande directory al mondo di aziende legate alla stampa 3D), Replicatore.it, Replicador.es e 3D Printing Media Network Chinese Version.

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