La ceramica è uno dei materiali più antichi realizzati dall'uomo. Allo stesso tempo, sono uno dei materiali più promettenti per le tecnologie chiave del ventunesimo secolo. Però, le ceramiche sono difficili da modellare e lavorare, soprattutto per le applicazioni in cui la stampa 3D, noto anche come produzione additiva (AM), sarebbe un metodo di produzione interessante.

Eindhoven University of Technology (TU/e) Ph.D. il candidato Steyn Westbeek ha sviluppato un modello per aiutare a rendere possibile l'AM di oggetti in ceramica più grandi. Questa ricerca faceva parte di un progetto di ricerca più ampio, insieme al centro di ricerca scientifica applicata TNO e al TU/e ​​High Tech Systems Center, con altri dottorandi. candidati, studiando l'intero processo di stampa per la ceramica, compresa la deposizione di strati e il miglioramento dei concetti e del controllo della stampante 3D.

Proprietà uniche sia un vantaggio che una sfida

Le ceramiche sono in genere eccellenti isolanti elettrici e termici che sono duri, forte, biocompatibile e robusto di fronte a molte sostanze chimiche e temperature. Queste proprietà uniche significano che la ceramica potrebbe aiutare a migliorare la qualità della vita, risparmiare energia, ridurre l'usura e aumentare la durata dei componenti in molte applicazioni diverse. Però, queste qualità rendono anche probabile che si verifichino deformazioni e crepe ad un certo punto durante il processo di stampa 3D, di solito, a causa delle sollecitazioni all'interno del materiale.

Sebbene sia sempre più diffuso per altri materiali, AM non è ben compreso per la ceramica. Fino ad ora, è stato principalmente utilizzato per produrre volumi bassi di oggetti molto dettagliati inferiori a pochi cm. Gli oggetti più grandi corrono un alto rischio di rottura.

Westbeek ha creato un modello dei processi fisici all'interno della stampante 3D, per aiutare a migliorare la comprensione della stampa 3D della ceramica e rendere possibile la stampa di oggetti più grandi. L'AM della ceramica è un processo in due fasi:in primo luogo, vengono posati strati molto sottili di una miscela di polvere di ceramica e un legante, indurito dalla luce UV tra ogni strato. Questo crea la forma finale dell'oggetto. Secondo, l'oggetto viene riscaldato in un forno per rimuovere il legante, proprio come cuocere una scultura di argilla.

Prevedere cosa va storto durante la fase di indurimento

Westbeek si è concentrato principalmente sulla fase di indurimento UV, dove la miscela legante/polvere diventa solida. La fase di indurimento può essere fonte di sollecitazioni nel materiale. Il modello include le impostazioni della stampante, come le caratteristiche della sorgente di luce UV e le proprietà del legante, e processi come la luce che rimbalza sulla polvere di ceramica e l'aumento della temperatura all'interno dell'oggetto durante l'indurimento.

Con questa conoscenza, è possibile modificare il processo di stampa 3D per assicurarsi che funzioni al meglio per la forma che si desidera stampare. Questo riduce molti problemi diversi, come muri troppo spessi, surriscaldamento dell'oggetto, indurimento troppo scarso o irregolare e, finalmente, lo sviluppo di sollecitazioni che possono portare a fessurazioni e deformazioni indesiderate. Questa nuova comprensione è un passo prezioso verso la stampa di ceramiche di forma complessa e di grandi dimensioni.