Di David Sher
Lithoz è pronto per aumentare la produzione in serie di additivi ceramici
Abbiamo visitato l’azienda di Vienna, dove il CEO Johannes Homa ci ha mostrato la frangia della stampa 3D in ceramica
La stampa 3D in ceramica tecnica è il segmento più avanzato di AM e questo lo rende anche il più difficile da implementare. Una sfida è che non esiste prototipazione rapida della ceramica: le ceramiche tecniche sono materiali per uso finale, infatti sono spesso i migliori materiali per uso finale; entrano in gioco solo quando tutto il resto fallisce. Ecco perché sono così affascinanti. Ceramica tecnica La stampa 3D è il limite della stampa 3D: in termini di disponibilità del materiale, capacità del sistema e qualità del prodotto, la società austriaca Lithozpuò essere considerato il leader tecnologico in questo segmento. Certamente sono i più esperti tra i fornitori di hardware AM in ceramica. Quando il co-fondatore e CEO di Lithoz mi ha invitato a visitare il loro quartier generale a Vienna, per saperne di più sul modello di business e sulla visione dell’azienda, ho colto l’occasione per vedere esattamente come Lithoz è pronto per espandersi.
Lithoz è una delle mie aziende preferite nel settore AM da quando, ad Euromold 2013, ho visto per la prima volta le incredibili parti in ceramica che sono in grado di fornire utilizzando la loro tecnologia proprietaria LCM (produzione di ceramica a base di litografia). Furono la prima azienda a fornire un sistema basato sulla stereolitografia DLP commercialmente praticabile per la lavorazione di ceramiche avanzate. Le loro capacità sono aumentate nel corso degli anni, soprattutto in termini di selezione dei materiali ma anche di produttività.
La sfida principale di Lithoz è la stessa che devono affrontare tutti gli operatori di ceramica AM: acquisire consapevolezza industriale e favorire l’adozione. Queste sfide non sono così tanto tecnologiche: il team di ingegneri di Lithoz è al lavoro su così tanti progetti che è difficile tenerne traccia. Trasmettere con precisione queste capacità al mercato dei potenziali utenti può essere più complicato che inventarle.
Le aziende di stampa 3D ceramiche devono rivolgersi a utenti molto specifici e tuttavia difficili da raggiungere: i servizi di stampa 3D generalisti di solito non offrono la stampa 3D in ceramica a causa delle molte sfide associate alla lavorazione e alla post-elaborazione di questi materiali avanzati. Pertanto, i principali responsabili della stampa 3D in ceramica sono solitamente i servizi specializzati di stampa 3D in ceramica – come Steinbach, nel caso di Lithoz, ma anche altri – o i fornitori di componenti per l’industria ceramica che decidono di fornire parti stampate in 3D ai propri clienti.
Una cosa che mi ha sempre incuriosito di Lithoz è l’origine del suo nome: deriva dal termine greco “litho”, che è una forma combinata che significa “pietra”, utilizzata nella formazione di parole composte – come la litografia. A Lithoz sono stato accolto dal Dr. Homa e da Isabel Potestio, che ora è responsabile dello sviluppo del business presso l’azienda. Il Dr. Homa e i fondatori di Lithoz hanno iniziato a lavorare sulla stampa 3D di ceramiche presso TU Wien nel 2006. “Ci è voluto solo un anno per ottenere le prime parti stampate in ceramica 3D”, ricorda il Dr. Homa. “Tuttavia ci sono voluti quasi cinque anni per ottenere una prova di concetto per un pezzo che avrebbe le stesse proprietà di un pezzo in ceramica fabbricato tradizionalmente. Così abbiamo fondato Lithoz, come spin-off di TU Wien, nel 2011.
Isabel Potestio, responsabile dello sviluppo aziendale
“Come ingegneri, spesso scegliamo di non illudere i nostri clienti con promesse che potrebbero non essere rispettate. A volte questo è un limite – ammette il dott. Homa – poiché l’industria AM spesso si muove in modi imprevedibili e il mancato raggiungimento di un risultato può portare al successo in un’altra applicazione imprevista. Credo che abbiamo perso alcune vendite a causa del nostro rigore nel caratterizzare ciò che una stampante 3D in ceramica può e non può fare. “
Tuttavia, la società è cresciuta in modo abbastanza sano e il suo obiettivo è quello di costruire un solido business a lungo termine piuttosto che perseguire vendite rapide. In termini di risorse umane e spazi per uffici, la crescita è stata in alta doppia cifra sin dalla fondazione dell’azienda. Lithoz si trasferì in un affascinante e un po ‘”cyberpunk” edificio degli inizi del XX secolo, nella città di Vienna, e si è gradualmente ampliato per assumere un intero piano. Qui l’azienda ha i suoi uffici e l’impianto di assemblaggio. Nell’ultima espansione, sta anche costruendo un nuovo showroom per i clienti a venire e conoscere le capacità dei sistemi. Il numero di dipendenti cresce anche di 2-3 persone ogni mese con oltre 70 persone impiegate, tra il quartier generale austriaco e la filiale Lithoz America, aperta nel 2017. Una spinta chiave verso l’espansione è stata fornita da AM Ventures che è entrata come azionista minore nel 2014, mentre le vendite di macchine, che ora hanno superato 70 sistemi in tutto il mondo, hanno anche fornito finanziamenti chiave. Tuttavia, il Dr. Homa concorda sul fatto che è giunto il momento che la ceramica AM si ingrandisca.
I vantaggi della ceramica per la stampa 3D sono evidenti: geometrie migliorate e migliore lavorabilità di materiali estremamente resistenti. Lo stesso vale per i vantaggi dell’utilizzo della ceramica in generale, che mostra di gran lunga le massime proprietà meccaniche in termini di peso del materiale. Riunire questi due elementi non è così semplice come sembra e la maggior parte delle aziende di stampa 3D in ceramica continuano a operare nei mercati di nicchia principalmente nei settori medico, dentale, aerospaziale, elettronico, energetico e automobilistico.
Lithoz dispone di materiali per operare in tutti questi segmenti e molti altri attualmente in fase di sviluppo. L’azienda ha sviluppato fanghi stampabili in 3D – miscele di polvere ceramica e un liquido fotopolimerizzabile per consentire il processo stereolitografico – a base di allumina e zirconie, nonché materiali a base di silice e nitruri di silicio più avanzati. Per il segmento medico, la gamma comprende diversi gradi di idrossiapatite (HA) e fosfato tricalcico (TCP).
Diversi materiali chiave attuali e in sviluppo come zirconie per applicazioni dentali, un mix di una parte stampata in TCP (in blu per facilitare la ricrescita ossea) e HA (in bianco) per dare più forza all’innesto osseo. La parte nell’angolo in basso a sinistra è stampata in ceramica trasparente, mentre l’incudine è stampata con nitruro di silicio.
Inoltre, Lithoz lavora costantemente allo sviluppo di nuovi materiali, alcuni dei quali sono davvero impressionanti. Sono attualmente in corso ricerche su alluminati e zirconie temprati, nonché sulla stampa 3D di vari materiali con un potenziale molto elevato per ampliare la gamma di possibili applicazioni, tra cui porcellana, cordierite, vetroceramica, bio-vetro, cordierite, piezoceramica e persino polvere di luna (regolite). Nell’immagine in alto è presente un materiale, ceramica trasparente (angolo in basso a destra). Il dott. Homa ha fatto luce attraverso di essa per mostrare come la parte stampata non mostra alcuna imperfezione, il che significa che è stampata perfettamente ed è completamente densa.
Volando basso, Lithoz è pronto per aumentare
Ora Lithoz è pronto per espandere la propria attività ed è facile immaginare componenti aerospaziali e automobilistici prodotti in serie utilizzando la tecnologia di stampa 3D in ceramica di Lithoz. In effetti, mentre il Dr. Homa ha spesso ripetuto come la politica della società è quella di evitare dichiarazioni troppo ottimistiche, Lithoz ha recentemente introdotto un nuovo sistema su misura per la produzione seriale, il CeraFab S65 , che presenta fino a quattro unità di build integrate. Ciò significa che la società sta osservando un significativo aumento della produttività, tuttavia i primi segmenti per implementare veramente una produzione ad alto rendimento potrebbero non usarla per prodotti industriali finali.
Un segmento che il Dr. Homa e Lithoz hanno identificato come una delle opportunità più significative a breve termine è la produzione di nuclei ceramici per la colata di investimento di pale di turbine. “Mentre alcune pale di turbine possono essere stampate direttamente in 3D in metallo, altre operano in ambienti in cui diventano così calde da raggiungere una temperatura superiore alla temperatura di fusione di qualsiasi metallo”, ha spiegato il dott. Homa. “In questi casi vengono utilizzate superleghe a cristallo singolo e queste non possono essere stampate in 3D. Per sfruttare i vantaggi geometrici della produzione additiva, i nostri clienti possono utilizzare la nostra tecnologia per produrre nuclei ceramici geometricamente complessi, anche alcuni alti fino a 30 cm o con soluzioni a parete multipla, così da poter introdurre una struttura interna altamente sofisticata per aumentare ulteriormente il raffreddamento .
Il dott. Homa ritiene che questo sia un segmento in cui la produzione additiva è ora sul punto di fare un vero passo avanti in termini di adozione. “I vantaggi dell’utilizzo di un’anima in ceramica stampata in 3D per produrre pale di turbina complesse come parti singole anziché attraverso più parti pressofuse sono evidenti, sia in termini di resistenza della parte che per semplificare il processo di produzione”, afferma. “Pensiamo che i maggiori produttori di turbine siano ora pronti a prendere in considerazione l’introduzione di anime stampate in 3D nei loro processi e che questo potrebbe essere uno dei primi casi di adozione di produzione in serie per la produzione di additivi ceramici. Ciò richiede un cambiamento di mentalità, in cui per implementare la scalabilità dovranno accettare l’utilizzo di più macchine di dimensioni più ridotte anziché di una macchina molto grande. “
Un nucleo di ceramica campione piccolo e molto intricato per uno stampo di pale di turbina.
I prossimi segmenti interessanti sono le applicazioni dentali e mediche. Lithoz ha oltre 8 materiali, all’interno del suo LithaBone. LithaCon e LithaNit e LithaLox, che sono stati certificati per la biocompatibilità (citotossicità o genotossicità e sensibilizzazione). Questi sono stati utilizzati nelle stampanti 3D CeraFab installate in Nord America, Europa e Sud America, per la produzione di dispositivi medici certificati CE / FDA e in chirurgia per impianti bioriassorbibili e permanenti specifici per paziente.
“Materiali diversi ci consentono di soddisfare esigenze specifiche molto diverse. LithaBone TCP, ad esempio, è completamente riassorbibile. L’HA, d’altra parte, è meno riassorbibile ma più forte “, afferma il dott. Homa. “Quindi abbiamo anche LithaCon Zirconia utilizzato per applicazioni dentali o LithaNit, nitruro di silicio, che ha grandi proprietà antibatteriche. Siamo inoltre in grado di offrire miscele omogenee di materiali ceramici per soddisfare le specifiche proprietà dei materiali richiesti. “
Sfide e opportunità future
La più grande sfida da affrontare oggi rimane la creazione della domanda del mercato. Molte aziende che producono componenti in ceramica, in particolare componenti in ceramica avanzati, potrebbero trarre notevoli benefici dai sottoassiemi e dalle parti in ceramica DfAM (Design for Additive Manufacturing) ma devono ancora immaginare, immaginare, progettare e sviluppare le parti che realizzeranno processi e materiali in ceramica AM veramente prezioso. Questa è un’opportunità per le aziende aggressive di intensificare e creare un caso aziendale convincente e fornire il supporto e l’esperienza necessari che sono disponibili con soluzioni basate su produzione additiva basata su polimeri e metalli.
In effetti, l’emergere di tecnologie di stampa su metallo rilegato può influire direttamente sulle capacità di Lithoz e di altre società che hanno già ottimizzato un processo basato sulla sospensione ad alta risoluzione. Il consenso condiviso ora è che un processo in due fasi in cui la stampa 3D e la sinterizzazione avvengono separatamente può essere più adatto per la produzione ad alta produttività. L’estrusione di polvere metallica legata o il getto di legante metallico combinano un legante polimerico con polveri metalliche, e lo stesso accade nei processi a base di liquami. Lithoz può sfruttare l’esperienza dei suoi ingegneri per sviluppare processi e applicazioni di stampa 3D in metallo a base di liquami. In effetti, la società ha mostrato le prime applicazioni basate su metallo a Formnext nel 2018 e probabilmente era solo l’inizio.