Aan de slag met keramisch 3D-printen

3D-printen met keramische materialen is nog een relatief nieuwe toevoeging aan het arsenaal aan technieken van de additievenfabrikant, maar heeft niettemin een breed scala aan potentiële toepassingen, van prachtige artistieke creaties tot veelzijdige industriële onderdelen. In de tutorial van vandaag geven we een beknopte introductie tot keramisch 3D-printen, hoe de technologie werkt en hoe u ervoor kunt zorgen dat uw eerste ontwerp een succes wordt.

Hoe werkt het?

Er zijn momenteel twee manieren om keramiek in 3D te printen:jetting-gebaseerd printen en extrusie-gebaseerd printen.

Sommige keramische 3D-printen maken gebruik van een op jetting gebaseerde benadering, waarbij een vloeistof in een poederbed wordt gebakken om het gekozen materiaal te binden. Als op deze manier een laag is opgebouwd, wordt het printbed neergelaten en wordt een nieuwe laag poeder afgezet. Dit proces wordt vervolgens herhaald totdat het hele object is opgebouwd.

Als alternatief kunnen onderdelen worden bedrukt met behulp van op extrusie gebaseerde technieken (een populaire benadering bij het printen met klei). Bij deze methode deponeert een extruder materiaal laag voor laag op het printbed, zonder dat een bindmiddel nodig is.

Hoewel dit de twee meest gebruikte methoden zijn, vestigen andere zich langzaam maar zeker. Prodways biedt bijvoorbeeld keramisch printen met behulp van hun eigen DLP® MOVINGLight®-technologie, die speciaal is ontworpen voor industriële toepassingen.

Ongeacht welke methode wordt gebruikt, zodra het afdrukken is voltooid, is het object nog steeds in een 'groene' staat en moet het in een oven worden gebakken om al het vocht te verwijderen en het onderdeel uit te harden. Na het eerste bakken wordt een voorglazuurlaag aangebracht en gedroogd. Het onderdeel wordt vervolgens opnieuw gebakken en er wordt een glazuur aangebracht. Het onderdeel wordt dan voor de laatste keer gebakken en er wordt nog een glazuur aangebracht om een ​​glanzende, gladde afwerking te krijgen.

Toepassingen

Het meest voor de hand liggende is misschien wel dat keramisch 3D-printen kan worden gebruikt om een ​​breed scala aan aantrekkelijke woondecoraties te creëren. Het biedt kunstenaars en ontwerpers een volledig nieuw instrument om hun concepten tot leven te brengen. Als bonus zijn de materialen die worden gebruikt bij het bedrukken van keramiek, zodra ze tijdens de nabewerking zijn gecoat, volledig voedselveilig, wat betekent dat ze kunnen worden gebruikt om keukengerei te bedrukken.

Het is echter belangrijk om in gedachten te houden dat keramisch printen ook toepassingen heeft in de industriële, medische en zelfs ruimtevaartsector. In de industriële sector kunnen keramische kleppen en filterelementen nu bijvoorbeeld 3D worden geprint, waardoor de behoefte aan opslag van reserveonderdelen drastisch wordt verminderd en functionele reserveonderdelen naar behoefte kunnen worden gegenereerd. Tegelijkertijd kan in de medische sector keramiek 3D worden geprint om tandheelkundige implantaten op maat te maken voor patiënten.

Materialen

Een reeks nieuwe en traditionele keramische materialen kan nu in 3D worden geprint, waaronder:

• Klei. Er is een reeks verschillende kleimaterialen beschikbaar om te printen, met speciale technologie — zoals de LDM-extruder van WASP — om zowel professionals als hobbyisten te ondersteunen bij het verkennen van dit materiaal.
• Alumina-silica. Dit wordt in poedervorm gebruikt door iMaterialise in België, dat silica of porselein als bindmiddel gebruikt tijdens het printen.
• Alumina-oxide/zirkoon-oxide. Het materiaal bij uitstek voor functionele keramische onderdelen, veel gebruikt in industriële kringen.
• Porselein. Momenteel aangeboden door Shapeways als SLS-materiaal. Een belangrijk voordeel is dat er een breder scala aan afwerkingsopties beschikbaar is dan bij andere keramische materialen, inclusief matte afwerkingen.

Uw ontwerp tot leven brengen

Om u op weg te helpen, volgen hier een paar praktische tips voor het ontwerpen van uw keramische onderdelen:

• Vermijd in elkaar grijpende onderdelen, aangezien deze niet haalbaar zijn met de huidige keramische 3D-printtechnologie.
• Als de nauwkeurigheid van onderdelen een groot probleem is, moet u rekening houden met de verschillende glazuurlagen die aan alle keramische onderdelen moeten worden toegevoegd, aangezien deze ten minste een millimeter aan de oppervlak van een onderdeel.
• Vermijd dunne en/of niet-ondersteunde muren. Deze lopen niet alleen het risico van kromtrekken tijdens het printen, ze zullen ook te gemakkelijk beschadigen wanneer het groene gedeelte na het printen naar de oven wordt verplaatst.
• Scherpe hoeken zullen waarschijnlijk barsten tijdens het bakken en kunnen tijdens het afwerkingsproces worden gladgestreken, dus probeer ze waar mogelijk te vermijden.
• Voor afdrukken op poederbasis moet u rekening houden met ontsnappingsgaten in uw ontwerp, zodat overtollig poeder kan worden verwijderd voordat het onderdeel wordt gebakken. Dit is essentieel, omdat overtollig poeder dat niet wordt verwijderd, de kwaliteit van de afwerking van uw onderdeel aantast.
• Zorg ervoor dat uw onderdeel een sterke, stabiele basis heeft en onthoud dat dit gebied ongeglazuurd moet blijven.

Keramisch 3D-printen is een verrassend veelzijdige technologie die zeker verder onderzoek door fabrikanten verdient. We kijken ernaar uit om te zien hoe het zich in de nabije toekomst blijft ontwikkelen, naarmate meer fabrikanten het opnemen in hun eigen prototyping- en productieprocessen.