Аддитивные технологии совершили революцию в работе с керамикой, превратив ее из материала для простых изделий в основу для создания сложнейших деталей с уникальными свойствами: исключительной термостойкостью, биосовместимостью и функциональностью в агрессивных средах.

Прорывная технология: Стереолитография (SLA)

• Среди методов 3D-печати керамикой лидером по точности и качеству является стереолитография (SLA). Всего несколько компаний в мире разрабатывают такое оборудование и материалы.Принцип работы: установка использует мощный ультрафиолетовый лазер, который послойно отверждает жидкую фотополимерную смолу, наполненную мелкодисперсным керамическим порошком.Оборудование и материалы позволяют производить детали с высочайшим разрешением, низкой шероховатостью (не более 2-3 мкм без пост-обработки!) поверхности и минимальной пористостью после спекания.
  Процесс постобработки: напечатанная «зеленая» деталь проходит два критически важных этапа:Дебайдинг: постепенное нагревание для выжигания полимерной связки.

  Спекание: высокотемпературный обжиг, в ходе которого частицы керамики сплавляются в монолитный, плотный и сверхпрочный материал.

  Ключевой неоксидный керамический материал

  Помимо широко известных диоксида циркония и оксида алюминия, особого внимания заслуживает нитрид кремния (Si₃N₄) — суперматериал для экстремальных условий.

  Нитрид кремния является одним из самых высокотехнологичных материалов в керамике. Составы на его базе выделяются комплексом полезных свойств. 3DCERAM ранее испытывал свои наработки по 3D-печати нитрида кремния совместно с компанией Thales Alenia Space с целью протестировать применимость таких аддитивно изготовленных деталей для применения в реальных изделиях аэрокосмической индустрии. На сегодня полученные данные позволяют говорить о принципиальной возможности изготовления как минимум штучных изделий из нитрида кремния с целью последующих испытаний на исследовательских стендах. Демонстрационные образцы из нитрида кремния также показывал и конкурент 3DCERAM — австрийская компания Lithoz.

• Нитрид кремния (Si₃N₄) в 3D-печати

  Этот материал выводит возможности аддитивного производства на новый уровень благодаря комплексу свойств:

  • Выдающаяся термостойкость: Работает при температурах до 1200-1300°C, не теряя прочности.

  • Высокая прочность и трещиностойкость: Обладает уникальной способностью поглощать энергию удара и сопротивляться распространению трещин, что нетипично для керамики.

  • Низкая плотность (~3,2 г/см³): Примерно в 2,5 раза легче стали, что критично для аэрокосмической отрасли.

  • Отличная стойкость к термоудару: Выдерживает резкие перепады температур благодаря низкому коэффициенту теплового расширения.

  • Сверхизносостойкость: Идеален для работы в условиях абразивного износа.

  • Нитрид кремния (Si₃N₄) в 3D-печатиЭтот материал выводит возможности аддитивного производства на новый уровень благодаря комплексу свойств:Выдающаяся термостойкость: работает при температурах до 1200-1300°C, не теряя прочности.Высокая прочность и трещиностойкость: обладает уникальной способностью поглощать энергию удара и сопротивляться распространению трещин, что нетипично для керамики.

    Низкая плотность (~3,2 г/см³): примерно в 2,5 раза легче стали, что критично для аэрокосмической отрасли.

    Отличная стойкость к термоудару: выдерживает резкие перепады температур благодаря низкому коэффициенту теплового расширения.

    Сверхизносостойкость: идеален для работы в условиях абразивного износа.

    Сферы применения 3D-печати керамикой

    Благодаря технологиям вроде решений от 3DCERAM и ПРОКЕРАМИКИ, керамика находит применение в самых передовых отраслях:

    Аэрокосмическая промышленность: из нитрида кремния методом 3D-печати пробуют изготавливать лопатки турбин, сопла, подшипники и теплообменники, которые должны быть легкими и работать в невероятно горячих средах.

    Медицина: биосовместимые имплантаты из диоксида циркония (зубные протезы) и трикальцийфосфата (костные каркасы). Нитрид кремния также перспективен для ортопедии.

    Электроника: подложки для микросхем, изоляторы, корпуса датчиков (оксид алюминия).

    Машиностроение: износостойкие сопла, уплотнения, режущий инструмент и компоненты химической аппаратуры.

  • Заключение

    • В настоящий момент в секторе аэрокосмической индустрии наблюдается повышенный интерес в первую очередь к новым методам производства неоксидных керамик вроде нитрида кремния, нитрида алюминия и карбида кремния, а также композитов на их базе. Керамическая 3D-печать потенциально позволяет преодолеть ограничения, связанные с традиционными методами производства этих очень непростых материалов. В России наиболее активную деятельность в этом направлении развернули такие организации, как ВИАМ, Курчатовский институт, МАИ и целый ряд других государственных корпораций и научно-исследовательских организаций. До сих пор их возможности сдерживаются отсутствием локализованного аддитивного оборудования и материалов для керамической 3D-печати. Комплексы от таких компаний, как Lithoz и 3DCERM, разработанные и выпускаемые на территории недружественных государств, более не могут считаться приемлемыми для закупок и эксплуатации в сферах, связанных с ОПК, ядерными технологиями и подобными системными индустриями.
      Компания «Ретех» (ПРОКЕРАМИКА) активно ведет НИР в области 3D-печати неоксидными керамическими материалами, начав разработки именно с нитрида кремния. Первые результаты ожидаются в ближайшие полгода, параллельно с доработкой профессионального стереолитографического 3D-принтера ПРОКЕРАМИКА-170.