Керамическая 3Д-печать в любительском сегменте сегодня — что это такое?

Керамическая 3D-печать в любительском сегменте — что это такое?

Разберемся в классификации, разных технологиях и моделях доступных (и не очень) принтеров.

Сегодня керамические 3D-принтеры — это в первую очередь дорогие промышленные системы аддитивного производства. Их проще различить по технологиям 3D-печати.

Они используют для керамической 3D-печати такие технологии как: экструзия, распыление связующего, фотополимеризация и даже для спекания порошка!

Тем не менее, керамическая 3D-печать является лишь (подготовительной) частью более сложного и длительного производственного процесса. Керамические 3D-принтеры фактически лишь выращивают «зеленые» полимер-керамические заготовки. Это означает, что они должны пройти сложный этап последующей пост-обработки, чтобы достичь своей окончательной формы и особенно физико-механических свойств, присущих керамике.

Например, одним из этих этапов является длительный отжиг керамической заготовки в высокотемпературной муфельной печи.

Керамический процесс 3D-печати

Керамический материал широко используется в целом ряде отраслей промышленности. Конечно, некоторые из первых приложений, которые приходят на ум, это художественная керамика. Но керамика буквально повсюду и во многих различных формах, о которых мы даже не всегда знаем.

Давайте посмотрим на ситуацию с использованием керамических изделий комплексно. Это растущий и многообещающий рынок с темпом роста более 20% в год согласно многочисленным исследованиям.

Для любителей, которые просто ищут настольный принтер

Естественно, на маркетплейсах их вряд ли купишь.

• Цена: большинство цен в этой таблице являются ценовыми диапазонами, так как эти производители промышленного типа обычно предоставляют эту информацию только по запросу КП.
• Сервис: некоторые производители также предоставляют платные услуги 3D-печати для тех, кому не нужно приобретать принтер, ведь объемы потребления изделий из технической керамики у всех разные.

Существующие керамические 3D-принтеры:

• Компания Cerambot принимает предварительные заказы на бюджетные 3D-принтеры для печати керамики с возможностью отдельного приобретения специализированных экструдеров, совместимых с большинством настольных FDM 3D-принтеров.
• Итальянский производитель 3D-принтеров WASP пополнил свою линейку керамических принтеров 3D-принтеров двумя новыми моделями – Delta WASP 2040 Clay, Delta WASP 40100 Clay. Delta WASP 2040 Clay создан на базе Delta WASP 2040, а Delta WASP 40100 Clay – совершенно новый. Как и все 3D-принтеры WASP, новые аппараты работают по дельтаобразной схеме, а друг от друга отличаются размером области печати.

Профессиональные настольные керамические 3D-принтеры

• DeltaBots 3D PotterBot 7
  DeltaBots производит ряд профессиональных керамических 3D-принтеров. 3D PotterBot 7 использует прямой экструдер и специальный глиняный контейнер, вмещающий до 2000 мл материала. Этот керамический 3D-принтер доступен по цене производителя $ 4850.
• LUTUM от VormVrij
  LUTUM от VormVrij — это керамический 3D-принтер большого объема из Нидерландов. Он способен печатать послойно различными видами глины и доступен по цене от 6 370 евро.
• Tethon 3D Bison 1000
  Запущенный в 2019 году, Bison 1000 — это настольный 3D-принтер, печатающий керамической смолой, производитель из США. Производитель Tethon 3D уже несколько лет занимается разработкой профессиональных смол, и это их первый коммерческий 3D-принтер.

Керамическая 3d-печать — технологии

Существует несколько технологий для керамической 3D-печати:

• Экструзия пасты: экструдер пасты наносит слои керамики на рабочую зону.
• Порошковое спекание: керамика находится в порошкообразной форме и спекается слой за слоем. Важно: далеко не все виды поддаются такой обработке!
• Струйная связка: 3D-принтер наносит слои связующего вместе с порошком.
• Фотополимеризация в ванне: источник света полимеризует (отверждает УФ-источником) смесь смолы и керамического порошка, слой за слоем. Зачастую используется механизм с подъемной платформой, хорошо зарекомендовавший себя в обычной фотополимерной печати ненаполненными смолами.

В большинстве промышленных керамических 3D-принтеров используются технологии струйной печати или стереолитографии (SLA).

Как упоминалось ранее, керамические 3D-принтеры создают «зеленые» детали, т. е. им надо еще достичь своей окончательной формы за счет термической обработки.

Применение для керамической 3D-печати

В целом, керамические материалы обеспечивают ряд свойств:

• высокая прочность и стабильность размеров
• регулируемая в определенных пределах пористость
• химическая стабильность
• высокая электроизоляционная способность
• высокая стойкость к истиранию и коррозии
• биоинертность

Именно поэтому керамическая 3D-печать подходит для самых разных областей применения!

Эти приложения включают машиностроение в таких отраслях, как аэрокосмическая, автомобильная, химическая, электротехническая, биомедицинская и другие. Конечно, художники могут также извлечь выгоду из керамической 3D-печати для керамики и скульптур. Здесь мы выделяем две отрасли, где керамическая 3D-печать, кажется, приобретает все большее значение:

Керамическое искусство, керамика и скульптуры

В течение сотен лет мы использовали глину для создания красивых и/или функциональных объектов. Например, голландский дизайнер Оливер ван Херпт использует свой керамический 3D-принтер для создания впечатляющих ваз. Керамический материал также используется в индустрии роскоши для изготовления элементов и даже корпусов/частей часов и ювелирных изделий.

Biomedical (биомедицина)

Когда дело доходит до медицинской промышленности, существует множество применений керамической 3D-печати. Например, пациенты могут извлечь выгоду из специальных имплантатов с высокой степенью кастомизации. Они изготовлены из фосфатов кальция (TCP), материала, который очень близок к человеческому составу кости или гидроксиапатита (ГАП). Кроме того, можно контролировать пористость имплантата и задавать очень сложные геометрии.

Это означает, что 3D-печатные заменители костей будут иметь низкую вероятность отторжения от иммунной системы организма. Однако здесь предстоит пройти еще долгий путь клинических исследований. Французская компания 3DCeram иллюстрирует это в своем медицинском исследовании.

Керамическая 3D-печать — профессиональные услуги

Промышленные системы производства керамических добавок очень дороги, и производители знают об этом факте. Вот почему некоторые из них предоставляют профессионалам возможность использовать свои машины для получения услуг керамической 3D-печати.

Это, например, особенно полезно для прототипирования. Пользователи должны отправить свою 3D-модель в сервис, выбрать материал и подождать, пока они не получат конечный продукт, не забыв при этом о подробном описании в ТЗ.

Существуют и другие интересные концепции керамической 3D-печати

3D-принтеры AIO, которые 3D печатают керамический материал с помощью экструдеров для пасты

3D-принтеры AIO (все в одном) — это 3D-принтеры с различными функциями. Наиболее распространенными функциями являются лазерная гравировка, фрезерование с ЧПУ и экструзия пасты.

Поскольку некоторые керамические материалы, такие как глина, имеют форму пасты, 3D-принтеры AIO с экструдерами для пасты способны к 3D-печати керамики. Но важно понимать, что точность экструзионной печати на порядок ниже, чем в случае с лазерной стереолитографией.

• Многофункциональный 3D-принтер ZMorph VX
  Многофункциональный 3D-принтер ZMorph VX обладает множеством возможностей благодаря сменным головкам инструментов. Помимо 3D-печати на пластике, лазерной гравировки и лазерной резки, ZMorph VX способен печатать 3D-глину с помощью экструдера для пасты.
• Tytan 3D Gaia Multitool
  Этот польский 3D-принтер, доступный примерно за 5000 долларов США, обеспечивает большой объем печати до 300 х 300 х 400 мм. В дополнение к керамике, Tytan 3D Gaia Multitool может выполнять 3D-печать самых разнообразных материалов.
• WASP DeltaWasp 20 40 с глиняным комплектом 2.0
  DeltaWasp 20 40 — это настольный дельта 3D-принтер итальянского производителя WASP. Начнем с того, что он не особо многофункциональный, но WASP разрабатывает специальные надстройки для экструдеров глины. WASP Clay Kit 2.0 совместим с DeltaWasp 20 40.

Керамическая 3D-печать DIY

StoneFlower керамический экструдер

StoneFlower производит глиняные наборы для 3D-печати. Пользователи могут адаптировать их к своим собственным 3D-принтерам. Стандартный набор для 3D-печати включает в себя специальную печатающую головку и моторизованный шприцевой насос.

Он может производить 3D-печать глины и фарфора с минимальной толщиной слоя 0,3 мм. Набор для 3D-печати StoneFlower из глины предлагается по цене не более 500 евро.

Краткий вывод

Керамическая печать в любительском сегменте в теории вполне возможна, и некоторые компании даже выпустили вполне удачные модели в ценовом сегменте от тысячи до десяти тысяч долларов/евро. Зачастую при изготовлении керамических заготовок на таких установках приходится жертвовать либо производительностью, либо качеством получаемых изделий, а также мириться с многочисленными дефектами, усадкой и плохой повторяемостью геометрии. Такие принтеры не подходят для решения ответственных задач, изготовления повторяемых изделий с высокой точностью и не решат задач, где требуется хорошая производительность. Именно поэтому мы в команде ПРОКЕРАМИКА ориентируемся прежде всего на профессиональный сегмент.