Wyobrażając sobie obiekt drukowany w 3D, pradwdopodobnie wyobrażasz sobie coś wykonanego z filamentów termoplastycznych PLA lub ABS. Jednak wielu przedsiębiorców chce to zmienić, opracowując filamenty, które ponownie wykorzystują mieloną kawę i piwo, a nawet przetworzone, sproszkowane drewno. A przesunięcie druku 3D do zastosowań przemysłowych wymaga znacznie szerszego zakresu materiałów niż tworzywa sztuczne.
Z pomocą przychodzi drukowana w 3D ceramika, która robi furorę od czasu opublikowania artykułu w czasopiśmie Science.
Druk 3D jest procesem addytywnym, co oznacza, że elastyczny materiał jest wytłaczany z dyszy i tworzy obiekty poprzez dodawanie cienkiej warstwy po cienkiej warstwie. Ale ceramika ma bardzo wysoką temperaturę topnienia – zbyt gorącą, aby standardowa dysza mogła sobie z nią poradzić. Ta wysoka temperatura topnienia jest tym, co jest tak ważne w ceramice jako materiale – ale oznacza to, że obiekty ceramiczne są porowate i kruche.
Produkcja ceramiki może być czasochłonna, kosztowna i trudna. Można łatwo odlewać lub obrabiać, ale te techniki działają tylko na ceramikę tlenkową o niskiej temperaturze topnienia – która nie jest wystarczająco trwała do zastosowań przemysłowych (wystarczy pomyśleć o rozbitej płycie ceramicznej i już). Podjęto pewne próby drukowania 3D z materiałów ceramicznych, ale uzyskane w ten sposób wydruki muszą być bardzo proste.
HRL Laboratories w Malibu, w Kalifornii. Wynaleźli „pre-ceramiczny monomer” z proszku węglika krzemu, który drukuje się jak każdy inny filament polimerowy. Jednak pod wpływem światła UV, żywica utwardza się w ceramikę z węglika krzemu – czyli niezwykle trwały, lekki, nieprzewodzący materiał.
Inne materiały używane do druku 3D mogłyby być oczywiście przetopione w tej samej temperaturze, w której były drukowane. Ale po trafieniu w światło UV i wypaleniu w temperaturze 1000 C, wydrukowana w 3D ceramika jest stabilna termicznie nawet w temperaturze 1400+ stopni – czyli wyższej niż temperatura topnienia większości metali. Co więcej, materiały te są nieprzewodzące. Oznacza to, że jeden koniec drukowanej części ceramicznej może być podgrzewany przez palnik do 1000 stopni Celsjusza, a drugi jest wystarczająco chłodny, aby trzymać go gołą ręką.
Ceramika drukowana w 3D może być wykorzystywana w statkach kosmicznych
Wszystko to sprawia, że drukowana w 3D ceramika jest idealna do zastosowań w wysokich temperaturach i ciśnieniu.
Naukowcy z HRL przewidują wykorzystanie tego materiału tam, gdzie ceramika jest obecnie używana: w inżynierii kosmicznej, gdzie lekkość ceramiki, odporność na ciepło i obojętność chemiczna sprawiają, że jest to idealny materiał na sondy do badania poziomu paliwa w samolotach komercyjnych i wojskowych, łopatki silników turbinowych, hamulce tarczowe samochodów wyścigowych i stożki nosowe rakiet.
Dzięki możliwości uzyskania bardziej precyzyjnych kształtów poprzez druk 3D, można by opracować jeszcze więcej zastosowań: na przykład hipersoniczne samochody lub bardziej wydajne silniki odrzutowe. Jak powiedział Discovery starszy naukowiec HRL Tobias Schaedler:
„Jeśli jedziesz bardzo szybko, około 10 razy szybciej niż prędkość dźwięku w atmosferze, to każdy pojazd będzie się ogromnie nagrzewał z powodu tarcia powietrza… Ludzie chcą budować pojazdy hipersoniczne, a do całej powłoki pojazdu potrzebna jest ceramika”.
Podczas gdy ceramika jest notorycznie krucha, ta ceramika z węglika krzemu pokazała, że jest mocniejsza pod mikroskopem elektronowym bardziej niż podobne materiały – w rzeczywistości do dziesięciu razy mocniejsza. Te materiały są więc znacznie mniej narażone na pękanie wzdłuż uskoków wprowadzonych w procesie druku 3D. Zespół z Kalifornii pracuje już nad wprowadzeniem do kompozytu włókien, aby jeszcze bardziej wzmocnić materiał.
Żródło: https://all3dp.com
