|
|
Керамика для АТ
Керамические материалы в аддитивных технологиях (АТ) ценятся за уникальные свойства: высокую твёрдость, термическую и химическую стойкость, а также электроизоляционные характеристики. Их используют там, где металлы и пластики не справляются. Однако работа с керамикой требует особых подходов к подготовке материала, печати и постобработке.
1. Материалы: виды керамики для АТ
Керамика делится на техническую (инженерную) и декоративную, каждая из которых подходит для 3 D -печати:
- Оксидная керамика:
- Алюминий оксид ( Al 2O3): Высокая твёрдость и износостойкость.
- Цирконий диоксид ( ZrO2): Прочность и биосовместимость, популярен в медицине.
- Неоксидная керамика:
- Карбид кремния ( SiC): Термоустойчивость до 1600° C , для аэрокосмических деталей.
- Нитрид кремния ( Si3N4): Ударопрочность и низкая плотность.
- Композитная керамика: Смеси с полимерами или металлами для улучшения свойств.
Форма материала зависит от технологии: порошки (5–50 мкм), суспензии (жидкая керамика- паста) или нити с керамическим наполнителем.
2. Методы работы с керамикой: виды 3 D -печати
Керамику печатают разными способами, каждый из которых влияет на её свойства:
3. Сравнение технологий, при работе с керамикой
Пример: печать керамического фильтра ( Al2O3) или зубного импланта ( ZrO2):
- BJ : Пористость фильтра — плюс, но для импланта нужна плотность (спекание обязательно). Точность ±0,2 мм.
- SLA / DLP : Высокая точность (±0,05 мм), гладкость для имплантов, но малая толщина слоя замедляет печать фильтров.
- MEX : Дешевле, но шероховатость требует шлифовки для имплантов.
- LPBF : Плотность высокая, но риск трещин ограничивает применение.
Свойства зависят от постобработки: спекание повышает прочность на 20–50%.
4. Где используется керамика
- Медицина: ZrO2 для зубных коронок, Al2O3 для протезов — биосовместимость.
- Аэрокосмос: SiC для сопел ракет — жаропрочность.
- Электроника: Al2O3 как изоляторы, Si3N4 для подшипников.
- Промышленность: Фильтры ( Al2O3), режущие инструменты (SiC).
- Искусство: Декоративные изделия из смесей с глиной.
5. Подготовка керамики для печати
Качество керамики критично для всех технологий:
- Порошки (BJ, LPBF): Контроль размера частиц (5–50 мкм), формы (сферичность), влажности (сушка при 100° C). Окислы ухудшают спекание.
- Суспензии (SLA, DIW): Проверка вязкости и однородности — комки блокируют сопла.
- Пасты ( MEX ): Анализ содержания керамики (50–70%) и связующего.
- Контроль обязателен для SLA / DLP и BJ , где точность и плотность важны (импланты, электроника).
6. Постобработка
Керамика практически всегда требует постобработки:
- Зачем: Удалить связующее, повысить плотность, убрать пористость, улучшить поверхность.
- Виды:
- Дебиндинг: Термический (400–600 °C) или химический — убирает полимеры (BJ, SLA, MEX).
- Секание: Нагрев до 1200–1700 °C ( Al2O3 — 1600 °C , ZrO2 — 1400 °C) для плотности 95–99%. Усадка до 20%.
- Шлифовка/полировка: Для гладкости (импланты, оптика).
- Пропитка: Смолы или металлы для прочности ( BJ ).
- Где нужна: BJ , SLA , MEX — обязательно (без спекания изделие хрупкое). LPBF — реже, только полировка. DIW — спекание для функциональных деталей.
Без постобработки керамика из BJ или SLA остаётся механически не прочной (прочность <100 МПа), после спекания — до 500–1000 МПа.
7. Регенерация (восстановление) керамического материала
Порошок из BJ можно использовать повторно:
- Просеивание — удаление агломератов.
- Сушка — устранение влаги.
- Смешивание со свежим порошком — восстановление свойств. Суспензии и пасты повторно не применяют из-за изменения состава.
|
