3D-печатная керамика

Jan 14, 2024

Поскольку технологии аддитивного производства все чаще применяются для широкого спектра применений во многих отраслях, основное внимание уделяется 3D-печати металлическими или полимерными материалами. Однако керамическая 3D-печать становится все более зрелой и достигает переломного момента, поскольку инженеры все чаще обращаются к превосходным эксплуатационным свойствам технических керамических материалов.

Традиционные процессы формования керамики требуют дорогостоящих инструментов и длительных сроков изготовления. Этот процесс также неэффективен, поскольку извлечение из формы становится все более сложным из-за сложной формы современных компонентов. Свобода проектирования аддитивного производства позволяет создавать новые оптимизированные формы из этих традиционно труднообрабатываемых материалов, которые оптимизированы по весу или имеют форму для особых эксплуатационных целей, таких как отклонение или поглощение энергии.

Поскольку 3D-печать позволяет дизайнерам усложнять геометрию деталей, новые возможности материалов ведут к настоящим прорывам в области применения.

Используемая в строительстве на протяжении веков керамика превратилась в передовой производственный материал. Например, кварцевый песок — это керамика, используемая при литье металлов. Литейные предприятия регулярно создают инструменты из этого материала и в последние десятилетия внедрили 3D-печать песком для массового производства все более сложных конструкций с более быстрыми темпами выполнения работ, не отрываясь от процесса литья для производства металлических деталей конечного использования.

Сегодня ряд технических керамических материалов со связанными с ними оксидами, карбидами или нитридами используется для применений с более высокими экологическими и эксплуатационными требованиями, чем могут удовлетворить другие материалы. Техническая керамика, такая как карбид кремния (SiC), оксид алюминия и цирконий, востребована для использования в самых экстремальных условиях и в самых суровых условиях благодаря таким свойствам, как биосовместимость, высокая твердость, стабильность при сверхвысоких температурах или стойкость к химическим реакциям.

Струйная обработка связующего имеет свои преимущества при придании этой керамике сложных геометрических форм с высоким разрешением, которые невозможно создать с помощью традиционных технологий. Скорость печати, размер отпечатка и гибкость материалов позволяют обрабатывать самый широкий спектр материалов на самых высоких скоростях. Это тщательно изученная технология, которая широко известна как лучший процесс производства SiC, даже среди других аддитивных технологий, поскольку темный порошок не отверждается УФ-излучением, а высокая температура плавления исключает лазерные процессы. Производство деталей почти чистой формы также сокращает количество сложных и дорогостоящих этапов механической обработки и полировки. Пористые неспеченные детали можно спекать, пропитывать или пропитывать для достижения универсальных свойств материала, специфичных для конкретного применения.

Новая парадигма аддитивного производства в сочетании с самыми передовыми техническими керамическими материалами выводит струйную обработку связующего на передний край разработки приложений.

Коллиматоры — это компоненты, используемые в нейтронной визуализации, позволяющие исследователям отображать свойства материала путем поглощения паразитных нейтронов. Они повышают разрешение и уменьшают фоновые сигналы в экспериментах по сбору данных на атомном уровне.

Карбид бора (B4C) — это техническая керамика с прочными, но легкими свойствами, а также энергопоглощающими характеристиками, которые особенно полезны в приборах рассеяния нейтронов. Производственные ограничения прошлого приводили к тому, что коллиматоры представляли собой лезвия, покрытые материалом с высокой поглощающей способностью, таким как обогащенный карбид бора (10B4C), в устройствах, которые по своей природе коллимировали только в одном измерении. Ограниченные формы этих традиционных конструкций ограничивали возможности проведения с их помощью исследований.

Исследователи из JJ X-Ray, датского производителя решений для экспериментов по рентгеновскому излучению, синхротронному излучению и рассеянию нейтронов, использовали свободу проектирования 3D-печати для разработки более сложных компонентов для 2D-коллимации. Настольные системы струйной печати связующего металла серии X напечатали кубики в 3D из порошка 10B4C. Прототипы коллиматоров объемом 20 мм3 имеют прямостенные каналы размером 5×5 мм, которые невозможно изготовить ни по какой другой технологии.