"L'espansione della nostra piattaforma nel mercato delle ceramiche tecniche rappresenta una naturale evoluzione per Fortify", afferma Joshua Martin, CEO e co-fondatore di Fortify. "Spingersi oltre i limiti con questi materiali richiede la lavorazione di materiali altamente caricati, abrasivi e viscosi. Sono le stesse capacità che guidano il nostro successo in diversi fotopolimeri tecnici."
Il numero crescente di materiali ceramici disponibili per la stampa 3D aprirà senza dubbio le porte alla produzione additiva di ceramiche, consentendo loro di penetrare in applicazioni ad alte prestazioni in settori esigenti come quello aerospaziale, medico ed energetico. Questo ci porta a chiederci quali materiali ceramici vengano attualmente stampati in 3D e in quali forme.
Tipi di ceramiche stampabili in 3D
Uno dei primi materiali ceramici a essere stampati in 3D è stata l'argilla. Nel corso degli anni, numerosi produttori di stampanti a estrusione per argilla, come Delta, WASP e CERAMBOT, sono entrati nel mercato della stampa 3D ceramica, concentrandosi principalmente sui settori dell'arte, dell'architettura e del design. Un importante studio di design specializzato nella stampa 3D, Emerging Objects, con sede a San Francisco, è rinomato per la stampa di argilla e porcellana per la creazione di sculture ed edifici innovativi. Detto questo, la produzione additiva ceramica si è in gran parte allontanata dai prodotti bianchi come l'argilla e la porcellana per orientarsi verso le ceramiche tecniche. Le ceramiche tecniche offrono l'opportunità di utilizzare la stampa 3D per produrre componenti ad alte prestazioni per settori ad alto fatturato come quello aerospaziale e della difesa, l'industria chimica e l'odontoiatria.
Ceramiche a base di ossidi: Il principale tipo di ceramica utilizzato nella stampa 3D è costituito da ceramiche a base di ossidi, come l'allumina e la zirconia. Questi ossidi binari sono in genere più economici e facili da lavorare rispetto a molte ceramiche non ossidate, il che contribuisce alla loro crescente popolarità nella stampa 3D. Al di fuori della stampa 3D, l'allumina è comunemente utilizzata in impianti e dispositivi medici, mentre la zirconia sta trovando sempre più impiego nel settore dentale, dove viene utilizzata per impianti e faccette dentali. Sia l'odontoiatria che la medicina sono settori target per l'industria della stampa 3D nel suo complesso, in quanto offrono opportunità di personalizzazione di massa, per le quali la stampa 3D è stata progettata. Dati questi presupposti, non sorprende che l'allumina e la zirconia siano tra i materiali ceramici più diffusi per la stampa 3D. Quasi tutti i principali produttori di stampanti 3D per ceramica, come Lithoz, Admatec e 3D Ceram, sviluppano e commercializzano zirconia e allumina per la stampa 3D di ceramica.
Ceramiche senza ossidi: Le ceramiche senza ossidi, come il carburo di silicio e il nitruro di alluminio, sono meno diffuse sul mercato rispetto alle ceramiche con ossidi. Ciò è dovuto principalmente a due fattori: il costo più elevato e la maggiore difficoltà di stampa 3D delle ceramiche senza ossidi. Tuttavia, le ceramiche senza ossidi stanno diventando sempre più disponibili sul mercato della produzione additiva di ceramiche, in quanto particolarmente utili in ambienti estremi grazie alla loro elevata resistenza al calore e alla corrosione. Recentemente, un numero crescente di aziende ha lanciato sul mercato le proprie ceramiche senza ossidi per la stampa 3D. Tra queste figurano non solo produttori di ceramiche per la stampa 3D come Lithoz, Admatec e 3D Ceram, ma anche fornitori di materiali ceramici come SGL Carbon e Schunk Carbon Technology. I fornitori di materiali ceramici in genere non producono ceramiche stampabili in 3D per la vendita diretta, ma offrono questi materiali come parte dei loro servizi di produzione interna di componenti.
Bioceramiche: Il termine bioceramica si riferisce generalmente a materiali ceramici utilizzati nel corpo umano che stimolano l'attività cellulare. Le bioceramiche sono state oggetto di un'ampia ricerca accademica nell'ultimo decennio, in quanto offrono l'opportunità di creare dispositivi impiantabili che non solo non sono tossici, ma contribuiscono attivamente all'autoriparazione dell'organismo. La possibilità di stampare in 3D impianti in bioceramica è di grande interesse per molti nel campo dei dispositivi medici e della ricerca accademica, poiché la stampa 3D facilita la creazione di impianti personalizzati per adattarsi al corpo di ciascun paziente. Le due bioceramiche più studiate nell'ambito della stampa 3D sono l'idrossiapatite (HA) e il fosfato tricalcico (TCP); queste bioceramiche sono apprezzate non solo per le proprietà dei loro materiali, ma anche per la loro ampia diffusione in medicina, dato che numerosi impianti e dispositivi in HA e TCP (non stampati in 3D) sono stati precedentemente approvati dalla Food and Drug Administration (FDA) statunitense.
Una volta identificati i materiali ceramici più comuni presenti nel mercato della stampa 3D, in quali forme di materia prima si possono trovare queste ceramiche? In generale, esistono sei tipi principali di materia prima per le ceramiche, quattro dei quali includono polimeri come leganti intermedi e due no:
resine fotopolimeriche: in cui la polvere ceramica viene incorporata nelle resine per creare una pasta per la stampa;
filamenti termoplastici: in cui la polvere ceramica viene miscelata con materiale termoplastico per creare un filamento per l'estrusione;
granuli termoplastici: in cui la polvere ceramica viene miscelata con materiale termoplastico per creare granuli per l'estrusione;
pasta ceramica: in cui viene creata una pasta ceramica viscosa, come argilla o porcellana, per la stampa;
polvere ceramica: particelle di polvere ceramica di dimensioni micrometriche vengono utilizzate per la stampa a letto di polvere;
sospensioni di nanoparticelle: in cui le nanoparticelle ceramiche sono sospese in acqua per il nanoparticle jetting, un tipo di getto di materiale.
Guardando al futuro: materiali per la stampa 3D in ceramica
In generale, i materiali disponibili per la produzione additiva di ceramica sono diversi, ma offrono ampie possibilità di ulteriore innovazione ed espansione. La disponibilità di ceramiche e compositi a matrice ceramica ad alte prestazioni per la stampa 3D amplierà le capacità della produzione additiva di ceramica, rendendola la tecnica di produzione più diffusa per la realizzazione di componenti in piccoli volumi. IDTechEx prevede che nei prossimi 10 anni si assisterà a una continua innovazione dal punto di vista dei materiali, con l'ingresso sul mercato di un numero sempre maggiore di fornitori e nuove aziende specializzate nella stampa 3D di ceramica.
Per un'analisi più dettagliata della tecnologia di stampa 3D della ceramica e altre informazioni su questo settore, inclusi profili degli operatori, previsioni di mercato, casi di studio applicativi e studi di benchmarking, consultare "3D Printing Ceramics 2022-2032: Technology and Market Outlook".
