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Lo stato dei materiali ceramici tecnici per la stereolitografia laser

Una guida al versatile portafoglio di materiali di 3DCERAM e alle loro applicazioni

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Il mondo della produzione additiva ceramica è ancora in evoluzione e alcuni attori del settore sono saliti alla ribalta di questo segmento di nicchia. Tra questi c’è 3DCERAM SINTO, uno specialista di ceramiche AM con sede a Limoges, in Francia, un centro storico per la produzione di ceramiche. L’azienda, fondata nel 2001, è un pioniere della ceramica stampata in 3D, avendo creato alcune delle prime parti in ceramica stampate in 3D nel 2005. Da allora, l’azienda ha perfezionato la sua tecnologia di produzione additiva, in particolare la sua piattaforma CERAMAKER basata su SLA. e ha sviluppato molti tipi di materiali ceramici adatti per AM. L’azienda ora offre una gamma completa di prodotti per la stampa 3D in ceramica nei settori aerospaziale, biomedico e della difesa, tra gli altri.

In qualità di attore leader nel segmento AM della ceramica, 3DCERAM conosce il panorama del settore e conosce meglio di molti altri le straordinarie proprietà dei materiali ceramici. In genere, le ceramiche tecniche vengono utilizzate in applicazioni in cui tutti gli altri materiali, polimeri e metalli, hanno fallito.

Questo perché, sebbene le proprietà esatte dipendano dal tipo di ceramica, le ceramiche tecniche dimostrano forza e resistenze eccezionalmente elevate. Uno degli ostacoli alla più ampia implementazione delle ceramiche tecniche è stato il fatto che sono difficili da elaborare. Con la produzione additiva, tuttavia, la lavorazione dei materiali sta diventando più semplice e accessibile.

Come per tutta la produzione additiva, uno dei fattori chiave per aumentare l’accessibilità e l’adozione dell’AM ceramico è l’offerta di un ampio portafoglio di opzioni di materiali. È qui che 3DCERAM si è particolarmente distinto: l’azienda ha sviluppato fanghi ceramici 3DMIX per la sua tecnologia CERAMAKER per quasi 20 anni e ora offre una vasta gamma di sospensioni per applicazioni aerospaziali, biomediche, elettroniche e di fonderia.

Il successo dell’azienda su questo fronte è stato guidato dal suo team di esperti ingegneri ceramici, che stanno sviluppando fanghi stampabili e di qualità uguale alla ceramica prodotta tradizionalmente. Il team presta inoltre molta attenzione all’elevato contenuto di carico delle sue ceramiche per ridurre il restringimento nelle parti finali.

Infine, molti dei materiali sono sintonizzati per soddisfare i requisiti di vari settori. Nel settore aerospaziale, ad esempio, una delle proprietà più critiche è un basso coefficiente di dilatazione termica. Nel segmento biomedicale, invece, la biocompatibilità è un must. Nella produzione di componenti elettronici entrano in gioco diverse proprietà dei materiali, tra cui l’elevata conduttività termica, l’isolamento elettrico e la conduzione ionica.

A partire da aprile 2020, 3DCERAM SINTO dispone di un portafoglio di materiali ceramici composto dai seguenti dieci materiali:

Allumina (AI203) 

Aerospaziale, Biomedico

L’allumina è uno dei materiali ceramici tecnici fondamentali e dimostra una serie di proprietà benefiche, come un buon comportamento meccanico alle alte temperature, una buona conduttività termica, resistenza elettrica, eccellente durezza e buona resistenza all’usura e agli agenti chimici. Il materiale in allumina di 3DCERAM SINTO ha una purezza del 99,8% ed è comunemente usato nell’industria aerospaziale e biomedica. L’allumina mostra una migliore rigidità e una minore densità rispetto alle leghe di titanio e ha un CTE simile.

Allumina Silice (Al203-SiO2)

Industriale

Il materiale in silice di alluminio di 3DCERAM viene generalmente utilizzato per la produzione di anime per la fusione Equiax. La presenza di allumina nel materiale siliceo rallenta la velocità di cristallizzazione e riduce la resistenza meccanica del nucleo.

Zircone (ZrO2)

Biomedico, Odontoiatrico, Energetico

3DCERAM offre attualmente due gradi di zirconia, un materiale con una buona resistenza alla temperatura e all’usura, nonché un’eccellente durezza e stabilità chimica. Il primo grado, 3% Ittria, è ideale per la produzione di strumentario chirurgico e protesi odontoiatriche (corone e ponti) grazie alle sue eccellenti proprietà meccaniche a temperatura ambiente e ad altre proprietà. Il secondo grado di zirconia è l’8% di ittrio, che viene utilizzato nelle applicazioni delle celle a combustibile a causa della sua conduttività ionica.

Cordierite

Aerospaziale

La cordierite è un silicato di magnesio e allumina con la formula chimica 2MgO.2Al2O3.5SiO2. L’industria aerospaziale è particolarmente interessata a questo impasto ceramico a causa della sua bassa conduttività termica, basso coefficiente di espansione, bassa perdita dielettrica e buona resistenza al calore.

Tri calcio fosfato (TCP)

biomedico

Il tri fosfato di calcio (TCP) è un sale di calcio dell’acido fosforico la cui composizione chimica è simile anche all’osso. A differenza dell’HAP, tuttavia, il TCP è riassorbibile in vivo. 3DCERAM afferma che TCP e HAP possono essere utilizzati in combinazione per stampare parti in 3D con proprietà di osteointegrazione migliorate.

 

Idrossiapatite (HAP)

biomedico

L’HAP è una forma minerale di apatite di calcio con una composizione chimica simile all’osso. Grazie alle sue proprietà simili all’osso, il materiale è ideale per applicazioni biomediche e in particolare per la produzione di sostituti ossei come gli impianti cranici. HAP è un materiale non riassorbibile.

Nitruro di silicio

Aerospaziale, industriale

Il nitruro di silicio è una recente aggiunta al portafoglio. La ceramica è una delle ceramiche tecniche più dure e resistenti sul mercato. Vanta anche una serie di altre proprietà, tra cui bassa densità, resistenza agli shock termici, resistenza all’usura, elevate proprietà meccaniche a temperature elevate e un basso coefficiente di espansione termica. Il materiale trova applicazioni nel settore aerospaziale ed è particolarmente adatto alla produzione di componenti per pompe, valvole e semiconduttori.

Silice fusa (SiO2)

Energia, industriale

Conosciuto anche come vetro di quarzo, la silice fusa è un materiale a base di vetro con diverse proprietà ricercate, come elevata resistenza chimica e termica, elevato coefficiente di espansione termica e resistenza agli shock termici, elevata resistenza alle radiazioni e buona trasparenza. Il materiale viene utilizzato per una vasta gamma di applicazioni, inclusa la produzione di crogioli per applicazioni solari e nuclei nelle pale delle turbine. La silice fusa può essere utilizzata in combinazione con nuclei complessi di nichel e alluminio.

Zirconia temprata con allumina (ATZ)

Biomedico, Industriale

Come suggerisce il nome, ATZ è un materiale costituito da una combinazione di allumina e zirconia, quest’ultima con la più alta resistenza meccanica a temperatura ambiente di qualsiasi ceramica tecnica. La miscelazione di entrambe le ceramiche tecniche migliora la resistenza alla frattura del materiale. Il materiale ceramico biocompatibile è adatto per applicazioni biomediche come protesi ortopediche e applicazioni industriali.

Nitruro di alluminio (AIN)

Elettronica

Uno dei materiali più recenti di 3DCERAM SINTO è il nitruro di alluminio (AIN), un materiale ceramico che vanta un’eccellente conduttività termica e proprietà di isolamento elettrico. Il materiale, che ha anche elevate proprietà meccaniche su tutta la linea, è stato sviluppato per l’uso nell’industria elettronica ed è adatto per la produzione di parti come i dissipatori di calore.

Materiali personalizzati

Parte della missione di 3DCERAM SINTO è sviluppare continuamente nuovi fanghi per la stampa 3D in ceramica. L’azienda si avvicina a questo su più fronti. Per uno, lavora in modo indipendente per sviluppare materiali ceramici per il suo portafoglio (come visto qui). In secondo luogo, lavora a stretto contatto con i clienti, comprese le università e i produttori di ceramica per adattare i loro materiali ceramici qualificati per AM.

L’azienda ha persino istituito un servizio di formulazione su richiesta che consente ai clienti di adottare la stampa 3D in ceramica utilizzando materiali a base di polveri ceramiche che sono già stati qualificati per un’applicazione specifica. In linea con questo, la piattaforma CERAMAKER è un sistema aperto, il che significa che i clienti possono anche sviluppare materiali e parametri di stampa internamente.

Avere una maggiore offerta di materiali per la stampa della ceramica è una parte vitale per sostenere la crescita della stampa 3D in ceramica tecnica più in generale. Per questo motivo, l’azienda continua a investire nello sviluppo di materiali AM ceramici nuovi e all’avanguardia.

Questo articolo è apparso per la prima volta sull’eBook sui materiali AM Focus 2020 di 3dpbm

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Research 2021
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Andrea Gambini

Mi piace leggere e scrivere da sempre. Ho iniziato a lavorare in redazione come giornalista sportivo nel 2008, poi la passione per il giornalismo e per il mondo della comunicazione in generale, mi ha permesso di ampliare notevolmente i miei interessi, arrivando negli anni a collaborare con le più svariate testate giornalistiche online. Mi sono poi avvicinato alla stampa 3D, colpito dalle grandissime potenzialità di questa nuova tecnologia, che giorno dopo giorno mi hanno spinto a informarmi sempre più su quella che considero una vera rivoluzione che si farà presto sentire in tantissimi campi della nostra vita quotidiana.

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