Perché parlare oggi di ceramica tecnica in AM
La produzione additiva di ceramiche sta evolvendo da prototipazione e piccole serie verso applicazioni funzionali in settori come aerospazio, semiconduttori e biomedicale. Il dibattito industriale ruota attorno a due direttrici: materiali a base di nitruri (nitruro di alluminio, nitruro di silicio) per requisiti termo-meccanici e termici avanzati, e automazione di processo e post-processo per volumi e qualità ripetibile.
Il ruolo dei nitruri: proprietà e campi d’impiego
Il nitruro di alluminio (AlN) combina elevata conduttività termica e isolamento elettrico, qualità che lo rendono appetibile per raffreddamento di elettronica di potenza e semiconduttori; il nitruro di silicio (Si₃N₄) offre resistenza a fatica, urto e shock termico, risultando idoneo per biomedicale, cuscinetti, turbine. La disponibilità di formulazioni e densificazione dedicate è la chiave per ottenere parti dense e affidabili via AM.
Caso d’uso AlN: scambiatori di calore per powertrain a idrogeno
Lithoz sta sviluppando scambiatori di calore in AlN stampati in 3D per powertrain a idrogeno “megawatt-class”, nell’ambito del consorzio europeo TRIATHLON. L’adozione di AlN in architetture interne complesse (gyroid, lattice) mira ad aumentare l’efficienza termica e ridurre costi di manutenzione, abilitando geometrie non lavorabili per asportazione.
Esempio Si₃N₄ in ambito biomedicale: 3DCERAM Sinto × SINTX
3DCERAM Sinto e SINTX Technologies collaborano sullo sviluppo di resine e processi AM per nitruro di silicio finalizzati a dispositivi biomedicali. L’iniziativa unisce formulazione, densificazione e piattaforme di stampa su scala produttiva per componenti con requisiti meccanici e biologici stringenti.
Automazione e tenuta ai gas: assemblaggi e post-processo “industrial-grade”
Per portare la ceramica AM in impianti chimici ed energetici, servono componenti ermetici ai gas e un post-processo ripetibile. ORNL ha dimostrato componenti ceramici leak-tight combinando binder jet e post-processi avanzati, inclusa una giunzione robusta per assemblare parti più piccole in sistemi di dimensioni reali.
Qualità e difettologia: tassonomie e standard come abilitatori dell’automazione
La scalabilità richiede controllo dei difetti lungo l’intero flusso (slurry/ink, formazione layer, debinding/sinterizzazione, handling). Studi con Fraunhofer IKTS e partner accademici propongono tassonomie allineate a EN ISO/ASTM 52900 e linee guida VDI 3405, con il supporto di nuove diagnostiche (ad esempio CT in-situ ad alta temperatura).
Ecosistema e capacity: dai centri R&S alle linee pilota
Il percorso verso la produzione seriale passa per una filiera che va dai laboratori (es. HRL Labs, NIST, IKTS) alle installazioni pilota e ai casi d’uso industriali (elettronica di potenza, aerospazio, chimico). Gli attori chiave stanno convergendo su qualità dei feedstock, automazione del post-processo e design for AM specifico per le ceramiche.
Implicazioni per gli adopters: dove investire
Per OEM e fornitori: (1) selezionare il materiale nitruro coerente con il requisito funzionale; (2) mappare il post-processo (debinding, sinterizzazione, finitura, unioni) in ottica automazione; (3) standardizzare controlli qualità e NDT; (4) costruire casi d’uso a valore (es. scambiatori in AlN e componenti biomedicali in Si₃N₄) con metriche di costo/ciclo
