Apetyt na ceramikę czyli poradnik dla początkujących

Używają jej profesjonaliści w pracowniach artystycznych, pasjonaci sztuki oraz hobbyści. Ceramika służy do produkcji efektownych przedmiotów codziennego użytku.  Doceniają ją chirurdzy i protetycy.  Nic dziwnego, że sięga po nią także branża druku 3D.

Jeśli planujesz rozpocząć swoją przygodę z drukiem 3D z ceramiki przygotowałam dla Ciebie mały poradnik. Dowiesz się tutaj: Od czego zacząć? Jaki sprzęt masz do wyboru? A także czym różni się druk z materiału o tak gęstej konsystencji od standardowych termoplastów?

Jak to działa?

Podstawą jest specjalnie zaprojektowany extruder, który podaje glinę bezpośrednio ze zbiornika. Można napełniać go wielokrotnie, dowolnie komponowanymi masami. Ceramika występuje w formie proszku składającego się z cząsteczek glinu i krzemu. Podobnie jak w przypadku tradycyjnych materiałów, model powstaje warstwa po warstwie. Po wydruku trzeba go osuszyć.

Aby utwardzić kruche tworzywo należy pokryć je emalią i wypalić (czynność powtarzamy dwa razy). Dzięki temu otrzymujemy błyszczącą i gładką strukturę przedmiotu.

Właściwości

W przeciwieństwie do metali i termoplastów, ceramika nie topi się szybko pod wpływem ciepła. Charakteryzuje ją odporność na wysokie temperatury (około 600°C). Jest przyjazna w obróbce. Co ciekawe, na początku stycznia 2016 grupa badawcza HRL Labolatories opracowała materiał, który jest połączeniem ceramiki i żywicy. Zachowuje się on podobnie do standardowych polimerów i jest w stanie wytrzymać temperaturę sięgającą nawet 1700°C.

Druk 3D z ceramiki metodą litograficzną

Austriacka firma Litholz zaproponowała niedawno rozwiązanie o nazwie LCM, czyli Lithography-based Ceramic Manufacturing. Inspiracją do jego stworzenia była technologia DLP, polegająca na druku 3D z żywic selektywnie utwardzanych światłem projektora. Metoda została przekształcona na potrzeby druku z ceramiki.

LCM przypomina w działaniu proces stereolitografii na bazie chipów DLP z wykorzystaniem światła niebieskiego.  W tym przypadku materiałem eksploatacyjnym jest zawiesina, składająca się z żywicy fotopolimerowej ze zdyspergowanymi w niej cząsteczkami ceramicznymi. Fotopolimery pełnią tutaj rolę spoiwa, pozwalając na precyzyjne formowanie zadanego kształtu.

Selektywne utwardzanie materiału zachodzi w temperaturze pokojowej, co eliminuje tworzenie się napięć termicznych. Najważniejsze jest mieszanie zawiesiny pomiędzy tworzeniem kolejnych warstw – zapewnia to homogeniczność materiału. W metodzie LCM konieczne jest tworzenie struktur podporowych, które wymagają odcięcia przed wypaleniem.

Wydrukowany model wymaga jeszcze obróbki – należy usunąć spoiwa i go wypiec. Otrzymany produkt jest  wykonany w 100% z ceramiki, posiada jednak właściwości mechaniczne identyczne z elementami wytworzonymi konwencjonalnymi metodami.

Drukarki 3D i extrudery

Na rynku nie ma ich aż tak dużo, jak tradycyjnych maszyn drukujących w technologii FDM, ale i tak jest z czego wybierać. Przegląd zaczynamy od rodzimych produktów. Na początek posiadający 11 głowic ZMorph (drukujący również z innych mniej typowych materiałów takich jak choćby czekolada czy drewno) czy GAIA Multitool  z 10 wymiennymi końcówkami. Wart uwagi jest także Goliat wykonany z wysokogatunkowego aluminium, występujący w dwóch wersjach: do bezpośredniej ekstruzji pod głowicę z uchwytem j-head oraz do Bowdena.

Wśród produktów zagranicznych producentów ciekawym rozwiązaniem jest Dual-Color 3D Clay Printer firmy LUTUM (podczas procesu druku 3D używa dwóch typów gliny) lub drukarka 3D PotterBot od DeltaBots, przeznaczona dla przemysłu garncarskiego. Urządzenie to korzysta ze specjalnej pasty ceramicznej, a extruder w który zostało wyposażone, zapewnia stały przepływ materiału. Umożliwia wydruk naczyń o wysokości około 40 centymetrów.

Włoska firma WASP słynąca z wielkogabarytowych wydruków, oferuje z kolei Clay Extruder, który pozwala na usuwanie pęcherzyków powietrza z mieszaniny.

Wybór koloru

Podobnie jak w przypadku ABSu i PLA, wybór barw ceramiki do druku 3D jest naprawdę duży. Podstawowe i najczęściej spotykane wersje to: czarna, biała, niebieska, czerwona, zielona, pomarańczowa i żółta. Profesjonalni producenci oferują materiały w większej liczbie odcieni, których wymyślne nazwy zaskakują.

Bezpieczeństwo

Ceramika to nietoksyczny materiał nadający się do kontaktu z żywnością. Podczas wydruku nie jesteśmy narażeni na trujące opary. Z tego powodu można używać jej do wytwarzania naczyń i sztućców. Wybierając emalię, którą pokrywamy nasz model trzeba upewnić się, że nie zawiera ona ołowiu i jest nietoksyczna (powinna mieć odpowiednie oznakowanie na opakowaniu).

Ograniczenia

Materiały ceramiczne stanowią duże wyzwanie dla twórców technologii druku 3D. Produkcja technicznych elementów ceramicznych jest skomplikowana, ponieważ utrudniają ją duże skurcze termiczne podczas wypalania lub spiekania. Jest to kruche tworzywo, które zapycha extruder. Problemów może przysporzyć także formowanie kształtów i zachowanie odpowiednio dokładnych wymiarów. Minusem jest również cena sprzętu potrzebnego do tworzenia takich wydruków. Z drugiej strony, ceramika posiada szereg unikatowych właściwości niespotykanych w innych grupach materiałowych, takich jak: wysoka wytrzymałość temperaturowa, twardość, sztywność i odporność chemiczna.

Źródło: Fabbaloo