Практическое руководство по керамической 3D-печати: техники, материалы и советы по дизайну

Хотя все еще нишевая по сравнению с металлической или полимерной 3D-печатью, керамическое аддитивное производство быстро выросло за последнее десятилетие. Ее уникальное сочетание прочности, жаропрочности и эстетической привлекательности делает ее идеальной для как художественных проектов, так и функциональных промышленных деталей. Это руководство объясняет базовые технологии, материалы для печати и практические гайдлайны дизайна для достижения безупречных результатов.

Как работает технология

Керамическая 3D-печать в основном делится на две категории: джеттинг-базированные и экструзионно-базированные процессы. Джеттинг-системы оседают жидкий связующий агент в порошковую кровать слой за слоем, позволяя детали нарастать в контролируемой среде. После каждого слоя свежий порошок распределяется над кроватью и цикл повторяется до завершения модели. Экструзионные машины, обычно используемые для глины, выдают непрерывный филамент керамической пасты прямо на строительную пластину — связующий агент не требуется.

Новые подходы также набирают тракцию. Например, Prodways предлагает платформу DLP® MOVINGLight®, адаптированную для промышленного использования, в то время как iMaterialise предоставляет ряд оксид-алюминий/силика порошков с силикатными или фарфоровыми связующими.

Все детали выходят в «зеленом» состоянии, означая, что они все еще содержат связанный порошок и влагу. Многошаговый процесс обжига в печи закаляет керамику, удаляет остатки связующего и наносит глазурь. Типично последовательность: первый обжиг для консолидации, пред-глазурное покрытие, второй обжиг, нанесение глазури и финальный обжиг для достижения глянцевого финиша.

Ключевые приложения

Художники и дизайнеры выигрывают от творческой свободы керамической 3D-печати — подумайте о беспокойных вазах, функциональной кухонной посуде или скульптурных инсталляциях. Поскольку пост-обработка глазурями может сделать поверхность пищевой-безопасной, напечатанные кружки и тарелки могут использоваться в повседневной кулинарии.

В индустрии технология разблокирует на-спрос производство сложных деталей. Керамические клапаны, фильтрующие элементы и жаропрочные корпуса могут быть напечатаны по необходимости, устраняя массовый инвентарь. В медицине кастомные дентальные импланты и ортопедические скелетные структуры теперь производятся из высокочистого оксида алюминия или оксида циркония, предлагая превосходную биосовместимость.

Материалы, с которыми можно печатать

• Глина — доступна в нескольких формулировках, поддерживаемая выделенными экструдерами вроде WASP LDM. Идеальна для художественных проектов.
• Оксид-алюминий/силика — порошковая форма от iMaterialise, использующая силикатные или фарфоровые связующие для прочной, тонкой детализации.
• Оксид-алюминий / оксид-циркония — индустриальный стандарт для функциональных деталей, требующих высокой прочности и термостойкости.
• Фарфор — предлагается Shapeways как материал селективной лазерной синеризации (SLS); поддерживает более широкую палитру финишей, включая матовые опции.

Дизайн для успеха

• Избегайте замыкающихся компонентов; текущие керамические принтеры не могут разделить тесно соединенные детали.
• Планируйте слои глазури — каждое покрытие добавляет минимум 1 мм к итоговому размеру, так что учитывайте это в вашей CAD-модели.
• Избегайте тонких неподдерживаемых стенок. Они склонны к варпингу и ломанию при манипулировании и обжиге.
• Минимизируйте острые углы; они имеют тенденцию трескаться при нагреве и могут быть сглажены при финише.
• Включайте отверстия для удаления в порошковых дизайнах для позволять излишку порошка быть удаленным перед обжигом.
• Дизайните надежную, неглазурированную базу для поддержки детали в цикле обжига.

Керамическая 3D-печать — мощная, универсальная технология, которая стабильно набирает тракцию по творческим и промышленным доменам. По мере того как больше производителей принимают процесс, мы ожидаем продолжение улучшений в разрешении, опциях материалов и пост-обработке рабочих процессов.