Новые материалы для 3D-печати: комплексный обзор недавних достижений

3D-печать развивается в безумном темпе, движимая непрерывными улучшениями в материаловедении и стандартах сертификации. База данных Senvol сообщает, что каталог материалов аддитивного производства (AM) расширился с примерно 1700 в 2019 до 2245 в 2020 — скачок на 30% в доступных опциях.

Медицинские и стоматологические приложения

В здравоохранении 3D-печать уже необходима для производства ортопедических имплантов, хирургических инструментов и стоматологических устройств. Пандемия COVID-19 ускорила внедрение, с быстрой фабрикацией тестовых швабр, фейс-шилдов и критичного оборудования.

Материальная инновация — прямой ответ на эти требования. Evonik недавно представила первый PEEK-базированный филамент, удовлетворяющий ASTM F2026, позволяя 3D-напечатанные ортопедические и челюстно-лицевые импланты. В то же время испанский исследовательский центр Andaltec разрабатывает антибактериальные и анальгетические филаменты — PoliM3D — для FDM-принтеров, нацеленные на кастомные импланты и протезы.

Польский производитель Spectrum Filaments запустил ABS Medical, филамент из USP-сертифицированного ABS-гранула, соответствующего ISO 10993-1 и EU Food Contact Regulation No. 10/2011. Он одобрен для контакта с пищей и подходит для реабилитационных опор и легких дентур.

В стоматологии тренд к печати полных дентур, алigner'ов и мостов опирается на биосовместимые, долгосрочные материалы. NextDent® Denture 3D+ от 3D Systems получила 510(k) clearance от FDA в 2019, соответствующая механическим свойствам конвенциональных дентурных баз. Коллаборация Rapid Shape с VOCO произвела семейство V-Print стоматологических смол, в то время как Saremco Dental AG выпустила новую фотополимерную смолу, способную печатать коронки, инлеи, онлеи и виниры с механической производительностью, сравнимой с керамическими реставрациями.

Широкая клиническая адаптация зависит от продолжения доступности биосовместимых, долговечных и сертифицированных материалов, позволяющих персонализированные и высокопроизводительные медико-стоматологические продукты.

Высокотемпературные материалы

Приложения, работающие при высоких температурах, движут спрос на теплоустойчивые AM-материалы. Roboze и SABIC партнерились для производства EXTEM AMHH811F, аморфного термопластического полиимидного филамента с температурой дефлекции тепла 230 °C и температурой стекловидения 247 °C — самой высокой зафиксированной для любого 3D-печатаемого материала. Филамент также предлагает отличные огнеупорные свойства, химическую устойчивость и сохраняет механическую прочность под теплом.

Платформа High-Speed Extrusion (HSE) Essentium теперь включает высокотемпературный нейлон, подходящий для авиации, полупроводников и нефтегазовых компонентов вроде приспособлений, фикстур и машинных деталей.

Алюминиевые сплавы для металлического AM

Алюминий спроецирован остаться самым быстрорастущим сегментом металлического AM в следующем десятилетии, в основном из-за своей легкости и сильной производительности. Партнерство €1,7 млн между Oerlikon, Linde и Техническим университетом Мюнхена (TUM) разрабатывает новый высокопрочный алюминиевый сплав, специально спроектированный для аддитивного производства. Команда решает вызовы вроде испарения легирующих элементов и микротрещин при высоких температурах, с целью доставки надежных, легких деталей для авиации и автопрома.

Инженерная фирма EDAG проект CustoMat_3D представил краш-стойкий алюминиевый сплав, спроектированный для автопромышленного серийного производства. Сплав доставляет более высокую натяжную прочность и удлинение на разрыве, позволяя значительное снижение веса — до 30% — в критичных компонентах вроде носителей колес и высокоригидных коробчатых элементов колеса.

VELO3D выпустила Aluminum F357, анодизируемый сплав, адаптированный для систем Порошкового Слоевого Сплавления (PBF), набирающий тракшн в авиации и автопроме. Технология LENS Optomec теперь предлагает алюминиевые сплавы для Direct Energy Deposition (DED), достигающие высоких скоростей депонирования, отличной финишной поверхности и плотности примерно 99,9%.

Усилия по сертификации и характеристике

Сертификация материалов остается критичной для промышленного внедрения, обеспечивая консистентность и надежность AM-деталей. Недавнее исследование UL по безопасность-критичным полимерам информировало разработку фреймворка для оценки огнеупорных ABS и PEI филаментов. Находки предоставляют базовые гайдлайны для сертификации полимеров, предназначенных для 3D-печати.

Консистентное материальное качество начинается с строгой характеристики фидстока. Element, глобальный лидер в сертификации, открыл выделенное учреждение характеристики AM-порошков, выполняющее анализ химического состава, ситовой анализ, распределение размера частиц, тестирование скорости потока и более — гарантируя, что порошки аутентичны, чисты и униформны.

Эволюционирующий ландшафт материалов 3D-печати

Ежедневные анонсы новых материалов, партнерств и стандартизационных активностей подсвечивают динамизм AM-сектора. По мере ускорения инноваций диапазон доступных материалов расширится, разблокируя новые приложения и рынки по отраслям.

Чтобы узнать больше о состоянии рынка материалов 3D-печати, проверьте наш последний отчет Additive Manufacturing Landscape 2020 здесь.