От гончарной керамики до керамической 3Д-печати

История и эволюция керамического производства

Более 10 000 лет назад люди научились обжигать глину, создав первый искусственный материал — гончарную керамику. С тех пор технологии не стояли на месте, и с 19 века человечество начало внедрять в бурно развивавшуюся промышленность все новые виды технической керамики на основе таких материалов, как алюмина, диоксид циркония, различные карбиды и нитриды, пьезоматериалов и даже металлокерамики. Параллельно совершенствовались и способы обработки изделий из керамики.

SLA-процесс — высокоточная печать керамикой и металлокерамики

Современная обработка массовых изделий из керамики зачастую включает фрезеровку, ленточное литье либо запрессовывание в пресс-формы и последующее спекание заготовок. Однако многие материалы, особенно сверхтвёрдые, как алюмина или карбид кремния, сложно обрабатывать субтрактивно. Поэтому для изготовления изделий сложной геометрии начали использовать и шликерные литейные технологии. Смесь порошка и органического связующего с реологическими добавками формуется в специально изготовленные литейные формы и спекается после застывания при температурах 1100–2200 °C в электрических или газовых печах.

Для получения изделий относительно сложной геометрии применяют именно литье (MIM/CIM). Однако и здесь встречаются ограничения для массового производства. Например, получить заготовку с развитыми внутренними каналами или сетчатой иерархической структурой классическими методами почти невозможно.

SLA-печать — новая технология, получившая свое развитие из классической фотополимерной 3D-печати не более 10-15 лет назад. Метод был разработан для оперативного изготовления единичных, мелко- и среднесерийных партий изделий из специальных наполненных керамических суспензий. SLA использует фотополимерную смолу и УФ-источник высокого разрешения (длина волны от 355 нм до 405 нм), обеспечивая прецизионную точность (50-100 микрон) при создании полимерно-керамических заготовок (green body) почти любой геометрии.

Преимущества SLA-метода печати керамики:

• быстрое и точное изготовление сложных деталей без оснастки;
• полное цифровое проектирование с возможностью быстрых корректировок;
• высокая детализация — до 50 мкм в зависимости от типа установки.

Материалы

В SLA-печати используются суспензии из фотополимерной смолы и порошковых наполнителей. Среди них:

• керамика: LTCC, Al₂O₃, ZrO₂, SiO₂, AlN, Si₃N₄, SiC;
• биоматериалы: TCP, HA, Bioglass.

Структура и свойства изделия зависят от фракции порошка и параметров спекания. Один и тот же материал может применяться в разных индустриях — например, Al₂O₃ как изолятор или материал для энергетической сферы.

Применение технологии

SLA-печать применяется для производства:

• огнеупоров, изоляторов, элементов ТРД, теплообменников, мембран и фильтров;
• форм и стержней из SiO₂ (плавленный кварц) или Al₂O₃ (корунд) с регулируемой пористостью и шероховатостью до 1-2 мкм;
• дентальных и остеоимплантов. Исследования показывают, что структура, имитирующая гаверсову кость, способствует росту костной и сосудистой ткани.

Заключение

SLA-печать керамикой позволяет создавать изделия с высокой точностью, оптимальными свойствами и качественной поверхностью, не доступные для классических технологий. Технология уже находит применение в приборостроении, авиации, космосе, энергетике и медицине, открывая возможности для импортозамещения и технологических прорывов. В России первые эксперименты на импортном оборудовании стартовали менее 10 лет назад, однако должной локализации и массового внедрения пока не достигли. На сегодняшний день наша компания является пионером в создании полноценной российской экосистемы по керамической 3Д-печати.