Bosch Advanced Ceramics представляет первый в мире керамический микрореактор, напечатанный на 3D-принтере

Aug 08, 2023

Компания Bosch Advanced Ceramics совместно с химической фирмой BASF и Технологическим институтом Карлсруэ (KIT) разработала, как она утверждает, первый в мире микрореактор, напечатанный на 3D-принтере, изготовленный из технического керамического материала.

Микрореактор — это небольшое устройство, предназначенное для размещения и облегчения химических реакций. Чтобы выдерживать часто экстремальные условия, создаваемые этими реакциями, микрореакторы должны быть стабильными как в условиях высоких температур, так и в агрессивных условиях, но лишь немногие материалы обладают такими свойствами.

Компания Bosch Advanced Ceramics теперь объединила свой опыт в области керамических технологий с аддитивным производством, чтобы создать единственное в своем роде применение. Микрореактор используется BASF в повседневных исследовательских целях, что позволяет фирме контролировать химические реакции при необходимых температурных условиях.

«Чтобы контролировать и контролировать химическую реакцию, реактор должен обладать твердостью, термостойкостью и сложной структурой внутри», — говорит Клаус Прозигель, менеджер по продажам Bosch Advanced Ceramics. «Техническая керамика, напечатанная на 3D-принтере, воплощает в себе эти превосходные свойства».

Рынок технической керамики

По данным исследовательской компании Data Bridge, к 2029 году мировой рынок технической керамики, как ожидается, будет стоить около 16 миллиардов евро. Этот класс материалов очень универсален и востребован в самых разных секторах.

Например, в медицине материалы Bosch Advanced Ceramics используются для изготовления биполярных ножниц, способных одновременно разрезать ткани и останавливать кровотечение. Электрический ток, проходящий через металл лезвий, нагревает ткань, запечатывая ее, а техническая керамика действует как изолятор, предотвращая короткое замыкание металлических лезвий. Это может сделать операцию более безопасной и быстрой.

Аналогичным образом, в энергетическом секторе техническая керамика компании обеспечивает превосходную термостойкость и ионную проводимость для использования в батареях топливных элементов. Индустрия мобильности также часто изготавливает датчики расстояния из технической керамики, помогая водителям парковать свои автомобили в труднодоступных местах.

Керамический микрореактор, напечатанный на 3D-принтере.

Среди множества передовых применений компания Bosch осознала, что из технической керамики можно также создавать отличные реакционные камеры. Задача заключалась в том, чтобы найти производственный процесс, который мог бы изготовить сложные структуры, необходимые для этого конкретного микрореактора – структуры, которые в противном случае были бы невозможны при использовании традиционного производства.

Выбрав 3D-печать, партнеры обнаружили, что реактору требуется меньше сырья и значительно меньше энергии, чем обычному большому реактору. Теперь BASF использует 3D-печатное устройство для проведения небольших экспериментов и экстраполяции результатов, прежде чем переходить к более масштабным проектам.

Просигель объясняет: «Это похоже на то, как шеф-повар сначала пробует новый рецепт в небольшом масштабе, прежде чем включить блюдо в меню».

Что касается дальнейших шагов, партнеры теперь намерены напечатать на 3D-принтере еще 10–20 реакторов точно такой же конструкции для BASF. Прозигель также видит блестящее будущее для технической керамики в химическом секторе в целом, заявляя, что в конце концов каждый лабораторный тигель изготовлен из технической керамики.

Возможно, это первый экземпляр керамического микрореактора, напечатанного на 3D-принтере, но в энергетической отрасли наверняка уже были компоненты реактора, напечатанные на 3D-принтере. Буквально в прошлом месяце на атомных электростанциях по всей Скандинавии был установлен комплект топливных компонентов, изготовленных с использованием аддитивных технологий. Фильтры для мусора ядерного топлива, получившие название StrongHold AM, были напечатаны на 3D-принтере шведской компанией Westinghouse Electric и являются первыми в своем роде, одобренными для конечного использования.

В другом месте базирующаяся в Сиэтле компания Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC) недавно лицензировала новый метод 3D-печати компонентов ядерных реакторов с использованием тугоплавких материалов, таких как карбид кремния. Этот метод, разработанный Национальной лабораторией Ок-Риджа, сочетает в себе методы 3D-печати со связующим веществом и процесс химической инфильтрации из паровой фазы.