3D-печать керамикой — какие сферы применения и будущее у технологии?

Друзья, с весны 2025 года мы начали полноценный цикл статей о керамической 3D-печати. Рассказываем о преимуществах и сферах применения 3D-печати керамикой, особенностях технологического процесса, принтере Прокерамика-170 и материалах «Прокерамика» для печати изделий из технической керамики.

Почему компании все чаще и чаще предпочитают 3D-печать изделий керамикой классическим технологиям?

Керамику можно назвать почти идеальным материалом. Сферы применения сильно расширяются благодаря возможности использования ее в аддитивном (послойном) производстве, открывая возможности для экспериментов и мелкосерийного производства.

Основные преимущества 3D-печати керамикой:
Керамика — это материал как настоящего, так и будущего!

Высокая механическая прочность, твердость и износостойкость получаемых деталей.
Высокие рабочие температуры (до 2300-2500 °С), керамика — отличный теплоизолятор, поэтому запчасти не деформируются при большом диапазоне температур. Это очень важная особенность для применения в аэрокосмической и литейной промышленности.
Химическая стойкость. Изделия способны работать в агрессивных средах, защищены от любых форм коррозии.
Превосходные диэлектрические свойства позволяют широко использовать этот материал в микроэлектронной промышленности и при изготовлении компонентов силовой электроники.
Ударная вязкость. Отдельные виды керамики используются для механических деталей, способных выдерживать большие нагрузки в механических агрегатах, таких как подшипники.
Радиационная устойчивость позволяет использовать ее в атомной промышленности.
Биосовместимость. Напечатанные изделия можно использовать для замены костных структур в теле человека, тут на сцену выходят такие материалы как ГАП и ТКФ.

Почему 3D-печать керамических изделий выигрывает у традиционных методов?

Прежде всего, из-за быстрой возможности вносить конструктивные изменения. Не нужно ждать недели, как при работе традиционными методами.
Возможность создания сложной индивидуальной формы, включающей в себя сложные внутренние каналы.
Изготовление изделий с индивидуальным составом добавок в материале. Это позволяет добиваться уникальных и необходимых характеристик изделий. Только 3D-печать керамикой может значительно сократить время НИОКР по созданию нового материала и изделий из них.

Сферы применения:

аэрокосмическая промышленность — изготовление деталей для спутников, стержней для лопаток турбин двигателей самолетов;
литейная промышленность — изготовление литейных форм точных или со сложной внутренней структурой;
машиностроение — подшипники, форсунки, части, работающие при больших нагрузках и агрессивных средах;
химическая промышленность — детекторы, мембраны, катализаторы и пр.;
атомная промышленность — катализаторы, изоляторы;
электроника — подложки, системы отвода тепла и охлаждения, корпуса;
стоматология — изготовление коронок, имплантов;
медицина — изготовление медицинских имплантатов костей, инструментов;
эстетическая медицина — лицевые импланты.
Мы подготовили и ряд видео об изготовлении и применении 3D-принтеров Прокерамика для печати керамикой.

Особенности, характеристики и области применения различных материалов для керамической 3D-печати.

Какие материалы наиболее часто используются для 3D-печати керамикой?
Мы уже рассказали о преимуществах и сферах применения керамической 3D-печати, а также об оборудовании Прокерамика. Теперь поговорим о материалах для печати.

Корунд – оксид алюминия или глинозём (Аl2O3). Из этого материала печатаются большинство конечных изделий, для которых требуются высокие прочностные механические характеристики, хорошая детализация, химическая устойчивость. Он обладает хорошей теплопроводностью, твёрдостью, стойкостью к коррозии и огнеупорностью, отличный диэлектрик. Применяется в катализе, водоочистке, электронике. Максимальная плотность – до 99% при спекании в вакууме или инертной атмосфере, шероховатость Ra = 0,3 мм.

Цирконий YSZ – диоксид циркония, стабилизированный иттрием. Основное применение – топливные элементы, стоматология и эстетические изделия, например, ювелирные украшения. Очень прочный. Является биологически совместимым с живыми тканями и обладает высокой химической стойкостью. Диоксид циркония применяется в изготовлении зубного пломбировочного материала, покрытий, создающих тепловые барьеры, ювелирных украшений. Можно изготавливать изделия с высоким разрешением, полировать.

Плавленный кварц SiO2 – материалы на основе кремнезёма для литья по выплавляемым моделям. Материалы на основе кремнезёма с различными добавками являются превосходными керамическими решениями для производства литейных стержней в литейном производстве по выплавляемым моделям благодаря их высокой температурной стабильности, термостойкости и выщелачиваемости. AdmaPrint С130 является исходным сырьём для литейных стержней на основе диоксида кремния с оксидом алюминия и диоксидом циркония для литья изделий из стали и жаропрочных сплавов на основе никеля. Он позволяет изготавливать стержни с высокой механической прочностью при высоких температурах с хорошими характеристиками поверхности.

ГАП – гидроксиапатит. Печать с использованием гидроксиапатита сейчас находится на стадии НИОКР, конкуренты из Европы и США ведут активные разработки на лабораторном уровне. В будущем этот материал будет активно использоваться, поскольку отлично подходит для изготовления конструкций для замещения костей и для зубных имплантатов.

Нитрид кремния — Si3N4. Представляет собой неоксидную керамику с превосходными свойствами, такими как высокая ударная вязкость и низким ТКЛР. Используется в подшипниках, литейном деле и даже микроэлектронике и аэрокосмической промышленности.

Напомним, что 3D-принтер Прокерамика-170 – это полностью открытая по параметрам система. Пользователь может менять все настройки, а также создавать свои собственные материалы для печати.

Будущее медицины: 3D-печать керамических имплантатов без металла

Создание индивидуального спинального имплантата без металла с помощью 3D-печати Прокерамика

Компания Прокерамика (ООО «Ретех») занимается разработкой полностью персонализированных имплантатов и биомедицинских материалов для их печати, не содержащих металла. В процессе создания использется передовое отечественное ПО для проектирования и керамическая 3D-печать.

Имплантаты проектируются напрямую на основе данных КТ пациента. Он сочетает керамические эндопластины, похожие на кость, с гибким сердечником, обеспечивающим естественное движение. В отличие от традиционных металлических имплантатов стандартных размеров, дизайн адаптируется под индивидуальную анатомию и биомеханику позвоночника каждого пациента.

В основе имплантатов используется структура из циркония, упрочненного оксидом алюминия (ZTA) керамики. Отказ от металла позволяет избежать типичных проблем: коррозии, выделения ионов, несоответствия жесткости, а также артефактов на изображениях при МРТ или КТ-сканировании.

Подобные имплантаты могут стать первыми полностью керамическими российскими изделиями такого класса. Хотя керамические и полимерные имплантаты изучались годами, данная разработка уникальна, объединяя индивидуальный дизайн, несущие нагрузку керамические детали и сохранение подвижности в одном изделии.

Доклинические испытания и валидация
Платформа имплантата будет проходить испытаний в тесном сотрудничестве с ведущими российскими медицинскими организациями, после прохождения тестов на токсикологию.

Исследователи отмечают, что керамика показала костеподобное поведение и способность к предсказуемой остеоинтеграции на этапе лабораторного тестирования.

Керамическая 3D-печать в России, первые опыты

Согласно данным Прокерамики, микроскопический анализ показал, что керамика может производиться стабильно для медицинского применения, что подтверждает возможность масштабируемого производства.
Прохождение сертификации запланировано на период 2026-2027 гг.

Прокерамика не представляет имплантат как готовый коммерческий продукт. Вместо этого компания отмечает, что эта веха демонстрирует, что персонализированные, не содержащие металла спинальные имплантаты можно проектировать, изготавливать и тестировать с помощью 3D-печати, открывая дверь новым подходам в спинальной хирургии. Влияние будет зависеть от клинических результатов и регуляторных одобрений, но проект показывает, что керамическая 3D-печать переходит из сферы исследований в реальное медицинское применение!