L’utilizzo della stampa 3D in Ceramica in ambito industriale

L’additive manufacturing con la stampa 3D in ceramica ha lanciato una serie di vantaggi e sfide.

Negli ultimi anni ad entrare sotto i riflettori della stampa 3D è la ceramica.

Le previsioni sono eccellenti: IDTechEx ha pubblicato un rapporto: entro il 2032 il valore della produzione additiva ceramica raggiungerà i 400 milioni di dollari.

Numerose ricerche scientifiche e prove industriali hanno dimostrato applicazioni e benefici straordinari.

Le migliori prestazioni di questo materiale sono sulla resistenza meccanica e alle temperature.

Resistenza a temperatura stampa 3D in Ceramica

Applicazioni della stampa 3D ceramica

Esistono diversi metodi per la produzione di prototipi in materiale ceramico.

La tecnologia maggiormente utilizzata è la Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM): produzione additiva basata su un processo di fotopolimerizzazione DLP.

La stampa 3D ceramica consente di produrre componenti con geometrie molto complesse.

LCM è una tecnologia proprietaria di produzione additiva sviluppata da Lithoz, basata su un processo di fotopolimerizzazione DLP.

Grazie alle proprietà eccellenti, la ceramica viene utilizzata in numerosi settori industriali, aerospaziale, medico, automobilistico e elettronico.

Diamo uno sguardo più approfondito alle differenti applicazioni:

Aerospaziale

Le aspettative in questo settore sono elevatissime.

Ad oggi la stampa 3D ceramica soddisfa numerose richieste soprattutto per veicoli senza pilota.

In questo settore, prima di tutto è fondamentale aumentare le performance di satelliti, strumentazione ottica e di misura.

I prodotti devono superare i limiti in termini di prestazioni e ridurre tempi di sviluppo.

Il vantaggio principale dell’uso dei materiali ceramici è la possibilità di ridurre la massa, il peso e il volume delle apparecchiature.

Medico

I settori maggiormente interessati all’ utilizzo di queste tecnologia sono: dentale, ortopedico, maxillo-facciale e della chirurgia plastica.

I materiali utilizzati nella stampa 3D ceramica hanno prestazioni ottimali in termini di:

biocompatibilità;
capacità osteoconduttiva;
riassorbimento.

Industria

Le proprietà meccaniche, elettriche, termiche e chimiche altamente specifiche trovano vasto impiego in diversi settori industriali: chimica, petrolio e gas, trattamento delle acque, elettronica, automobilistica.

In ambito automotive è molto frequente la produzione di dischi freno, cuscinetti, accessori per valvole, corpo delle bobine.

Elettronica

Isolamento elettrico e conduzione ionica sono le caratteristiche principali della stampa 3D ceramica: numerosi casi per la prototipazione di supporti rigidi per dispositivi elettronici, alloggiamenti per componenti, parti per emettitori infrarossi, bobine di induzione.

Caratteristiche, processo, prestazioni e qualità della ceramica stampata in LCM

Uno dei principali vantaggi della tecnologia LCM è il processo di costruzione.

Finalmente con la Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM) è possibile produrre geometrie molto complesse come strutture interne, cavità e sottosquadra.

Oltretutto la produzione senza utensili riduce i tempi di sviluppo, di produzione oltre che ottimizzare tempi e costi di prototipazione.

E’ un materiale estremamente versatile grazie alle sue eccellenti caratteristiche:

Resistenza meccanica grazie alla durezza estrema;
Buone caratteristiche di isolamento elettrico;
Elevata resistenza all’usura;
Eccellente biocompatibilità;
Superficie liscia e lucida;
Bassa dilatazione termica;
Resistenza agli acidi e alle soluzioni alcaline;
Resistenza ad altissime temperatura oltre 1000°C;
Elevata precisione (50 μm);
Spessori sottili fino a 200 μm .

Ad oggi l’uso di questo processo è concentrato della produzione di prototipi o piccolissime serie.

Materiali utilizzati

Il processo di stampa 3D ceramica è adatto a tutte le polveri ceramiche sinterizzabili.

I prototipi in ceramica possiedono eccezionali caratteristiche in alcuni casi migliori rispetto alle prestazione della stampa 3d metallica.

Possiamo realizzare prototipi con materiali ceramici speciali come:

Aluminia: è il materiale più comune tra le ceramiche tecniche; le caratteristiche principali sono elevata durezza, resistenza alla corrosione e temperatura;
Zirconia: elevata viscosità, bassa conducibilità termica; dal punto di vista meccanico eccellente resistenza alla flessione (> 1000 MPa), tenacità alla frattura, resistenza all’abrasione e resistenza agli shock termici; molto adatto per applicazioni in ambito medico e dentistico.

Le principali caratteristiche di questo materiale nello schema di seguito.