Quali tecnologie sono emerse nella stampa 3D della ceramica, la nuova frontiera della produzione additiva? Quali sono i suoi vantaggi e svantaggi, le opportunità e le minacce? Nel suo nuovo report "3D Printing Ceramics 2022-2032: Technology and Market Outlook", IDTechEx confronta i processi e le tecnologie di stampa attualmente utilizzati nella produzione additiva di ceramica per rispondere a queste domande. Tra i numerosi processi di stampa 3D nel mondo della produzione additiva, IDTechEx evidenzia i seguenti come leader di mercato:
Fotopolimerizzazione in vasca:
il processo di stampa più diffuso nella produzione additiva di ceramica è la fotopolimerizzazione in vasca (VPP), che comprende la stereolitografia (SLA) e l'elaborazione digitale della luce (DLP). Tre dei leader di mercato — Lithoz, Admatec e 3D Ceram — producono stampanti specifiche per la ceramica utilizzando la tecnologia DLP (Lithoz/Admatec) o SLA (3D Ceram). Nella stampa ceramica basata sulla VPP, la polvere ceramica viene miscelata con una resina polimerica fotopolimerizzabile per formare una pasta ceramica; la quantità esatta di ceramica incorporata varia a seconda del tipo di ceramica utilizzata. Dopo la stampa, il pezzo grezzo viene prima spolpato in un forno per rimuovere la resina polimerica. Successivamente, il pezzo grezzo viene sinterizzato in un forno per densificare la ceramica e produrre il pezzo stampato finale.
Estrusione di materiale:
la categoria dell'estrusione di materiale include la fabbricazione a filamento fuso o modellazione a deposizione fusa (FFF/FDM), probabilmente la tecnologia di stampa 3D più diffusa al mondo. La FFF/FDM ceramica è costituita da filamenti termoplastici riempiti al 50% con polvere ceramica, come allumina o zirconio, utilizzati per la stampa 3D. Similmente alla fotopolimerizzazione in vasca, le parti stampate vengono sformate e sinterizzate per creare il pezzo ceramico finale. Sebbene sul mercato siano disponibili diversi filamenti termoplastici ceramici, la FFF/FDM non è il tipo di estrusione di materiale più diffuso nella produzione additiva ceramica. Questo primato spetta all'estrusione di pasta, nota anche come estrusione di argilla, una delle tecnologie di stampa 3D ceramica più visibili sul mercato. Video di stampanti a estrusione di pasta di produttori come 3DPotter, WASP e CERAMBOT sono facilmente reperibili online. Le stampanti a estrusione di argilla sono comunemente utilizzate per stampare sculture e ceramiche in argilla che vengono poi cotte. Tuttavia, si stanno sperimentando le stampanti a estrusione per produrre altri interessanti oggetti in ceramica, come mattoni da costruzione o persino case.
getto
è la principale tecnologia di stampa a letto di polvere nel panorama della stampa 3D ceramica. La stampa a getto di legante ceramica prevede il deposito di gocce di legante da una testina di stampa a getto d'inchiostro su un letto di polvere ceramica. Questo processo di deposizione continua strato per strato fino al completamento del pezzo, dopodiché viene rimosso dal letto di polvere e sinterizzato. A differenza della fotopolimerizzazione in vasca e della FFF, nella stampa ceramica non vengono utilizzati polimeri intermedi. Due leader di mercato nella stampa a getto di legante, ExOne e voxeljet AG, producono stampanti che non sono esclusivamente o commercializzate per la stampa 3D ceramica, ma sono compatibili con le polveri ceramiche. Inoltre, esistono stampanti a getto di legante di produttori come ComeTrue e Kwambio specificamente progettate per la produzione additiva ceramica.
Che dire delle nuove tecnologie innovative?
Il panorama tecnologico della produzione additiva ceramica non è statico; con l'ingresso di nuovi attori nel settore della stampa 3D ceramica ogni anno, il panorama diventa più dinamico e ricco di tecnologie innovative.
Ad esempio, l'innovativa tecnologia "Nanoparticle Jetting" di XJet introduce il getto di materiale come categoria di processo di stampa nel campo della produzione additiva di ceramica. Il getto di nanoparticelle prevede il deposito di goccioline di nanoparticelle ceramiche sospese in un liquido. A differenza del getto di polimeri, in cui ogni gocciolina viene polimerizzata con luce ultravioletta, il getto di nanoparticelle utilizza il calore per far evaporare il liquido dalla sospensione, lasciando solo la ceramica.
Un altro esempio di interessanti tecnologie di stampa proviene da produttori di estrusione di pellet come Pollen-AM e Uprise 3D. Questi produttori stanno cercando di sfruttare i pellet di ceramica stampati a iniezione (CIM) come materiale di partenza per la stampa 3D. Le loro stampanti fondono i pellet CIM nelle testine di estrusione e poi estrudono il polimero caricato con ceramica sul piano XY (in modo simile alle stampanti FFF/FDM, ma sostituendo il filamento con i pellet).
Infine, la produzione additiva su microscala sta raggiungendo il campo della stampa 3D ceramica, come dimostra il recente lancio da parte di Boston Micro Fabrication (BMF), azienda leader nel settore della micro-produzione additiva, di una nuova stampante compatibile con la ceramica. La microArch S230 è compatibile con due nuove resine ceramiche di BMF: allumina e titanato di magnesio.
Previsioni di mercato per la stampa 3D ceramica:
Nel complesso, nei 10 anni trascorsi dal lancio della prima stampante 3D ceramica industriale, la produzione additiva ceramica ha visto il mercato innovarsi con diverse nuove tecnologie. IDTechEx prevede che l'innovazione tecnologica continuerà nei prossimi 10 anni, man mano che le aziende continueranno a sviluppare e diversificare le proprie stampanti ceramiche.
