La stampa 3D in carburo di silicio

Il punto di fusione estremamente elevato di molte ceramiche aggiunge sfide alla produzione additiva rispetto a metalli e polimeri. Poiché la ceramica non può essere fusa o lavorata facilmente, la stampa 3D consente un grande salto nella flessibilità geometrica. Questo è certamente vero per la ceramica al carburo di silicio (SiC). E la stampa 3D con carburo di silicio rilegato inizia a brillare davvero.

Conosciuto anche come carborundum (a causa della storia interessante della sua scoperta – secondo Wikipedia ), SiC contiene silicio e carbonio. Come polvere, può essere sinterizzato per formare ceramiche molto dure ampiamente utilizzate in applicazioni che richiedono un’elevata resistenza, come freni di auto, frizioni di auto e piastre di ceramica in giubbotti antiproiettile. È anche un semiconduttore, quindi può essere utilizzato in dispositivi elettronici che funzionano ad alte temperature o alte tensioni, o entrambi.

I materiali a base di carburo di silicio (SiC) sono di gran lunga le più importanti ceramiche in metallo duro. I tipi di diversi tipi sono fabbricati, a seconda dello scopo previsto, ma tutti sono caratterizzati dalle proprietà tipiche del carburo di silicio, come un’abrasione estremamente dura, resistente al calore, materiale resistente, resistente agli agenti chimici e termicamente conduttivo. Queste proprietà sopra menzionate sono più o meno pronunciate nelle diverse varietà del materiale. A seconda della tecnica di fabbricazione, è necessario distinguere tra ceramiche di carburo di silicio auto-legate e di seconda fase, nonché tra tipi di poroso aperto e densi come, ad esempio carburi di silicio legati a reazione e legati a silicio (RBSiC e SISiC).

Tuttavia, il carburo di silicio è molto difficile da produrre con metodi sottrattivi. Le varietà di SiC completamente sinterizzate e dense possono costare $ 400 per pollice cubo solo per le materie prime. La varietà in polvere, tuttavia, può essere acquistata dal vagone per circa $ 2,00 / sterlina.


Il SiC esiste in natura ma è estremamente raro, tuttavia, può essere prodotto artificialmente e ha molti usi industriali avanzati dal rivestimento del combustibile nucleare alla produzione di singoli fotoni utilizzati in applicazioni di fisica quantistica. Uno dei suoi usi più comuni nella produzione industriale sono le parti automobilistiche, come dischi freno e dispositivi elettronici. Mentre le aziende AM e gli adottanti AM esplorano materiali sempre più performanti per elaborare in modo additivo, alcune aziende hanno iniziato a esplorare la stampa 3D del carburo di silicio mediante processo a letto di polvere, estrusione e fotopolimerizzazione. Il comune denominatore è che questi processi mescolano la polvere di SiC con un polimero usato come legante, al fine di creare geometrie 3D complesse, in un modo molto simile a quello che sta accadendo con i processi di stampa su metallo rilegato.

Una delle prime aziende a esplorare la stampa 3D in carburo di silicio è stata la HRL Laboratories . Attraverso la sua struttura CAM (Center for Additive Materials), HRL ha sviluppato sistemi di resina preceramica che possono essere polimerizzati con luce ultravioletta in stampanti 3D stereolitografiche disponibili in commercio o attraverso una maschera a motivi. Strutture polimeriche di forma complessa possono essere formate e quindi pirolizzate in una ceramica con ritiro uniforme e praticamente senza porosità. HRL ha utilizzato ossicarburo di silicio per fabbricare strutture che presentano elevata resistenza e resistono a temperature fino a 1700 ° C.

Altri metodi per la lavorazione del carburo di silicio, dimostrato dall’Università del Texas (UT), includono un approccio ibrido basato sul letto di polvere che combina la sinterizzazione laser selettiva e il getto di legante. Il processo prevede la sinterizzazione laser di una polvere di SiC miscelata con composti leganti (parte verde), carbonizzazione del legante (parte marrone) e infiltrazione reattiva di silicio liquido.

Introduzione sul mercato della stampa 3D in carburo di silicio
stampa 3D in carburo di silicio
Una parte stampata in 3D infiltrata con polimero SICAPRINT P da SGL
Ora due aziende, in particolare, hanno iniziato a offrire la stampa 3D in carburo di silicio come opzione. Non sono aziende manifatturiere additive ma piuttosto esperti di materiali (principalmente carbonio) e hanno stretto collaborazioni con aziende AM per perfezionare il processo AM. SGL , uno dei principali produttori mondiali di prodotti a base di carbonio, ha introdotto la gamma SICAPRINT di parti in carburo di silicio prodotte in aggiunta.

Utilizzando la tecnologia di produzione additiva a getto legante di ExOne, SGL produce parti complesse in carburo di silicio che potrebbero avere geometrie come sottosquadri, cavità o spessori di parete variabili che sono difficili o impossibili da produrre utilizzando i metodi di produzione tradizionali. A livello di materiale, la famiglia di prodotti SICAPRINT è adatta per applicazioni corrosive, abrasive e ad alta temperatura, nonché per applicazioni di protezione balistica. Il processo SGL-ExOne include opzioni di post-elaborazione (ad esempio infiltrazioni con polimeri o silicio liquido) che possono persino adattare le proprietà del materiale del carburo di silicio stampato in 3D alle esigenze individuali.

SGL offre due opzioni: SICAPRINT P si basa sull’infiltrazione di polimeri e SICAPRINT Si si basa sull’infiltrazione di silicio liquido. Le proprietà del materiale possono anche essere significativamente modificate mediante ulteriori fasi di lavorazione (ad es. Densificazione con carbonio).

stampa 3D in carburo di silicio
Una parte stampata in 3D di carburo di silicio infiltrato silicio liquido SICAPRINT Si di SGL. Stampato con tecnologia di getto legante ExOne.
Recentemente Schunk Carbon Technology – una divisione del Global Schunk Group specializzata nello sviluppo, produzione e applicazione di soluzioni di carbonio e ceramica – ha iniziato a interessarsi anche alla stampa 3D per materiali a base di carbonio. A giugno ha persino iniziato a esplorare la stampa 3D di estrusione composita attraverso una collaborazione con la società russa Anisoprint . Le attività dell’azienda nel segmento SiC sono incentrate sulla gamma di componenti stampati 3D di IntrinSiC. Schunk utilizza una tecnologia AM a letto di polvere – ancora sconosciuta – per produrre componenti realizzati in materiale carburo di silicio (RBSiC) legato a reazione, che è duro quasi quanto i diamanti.

Ancora una volta, l’uso della stampa 3D consente a Schunk di produrre parti più grandi e complesse rispetto ai metodi tradizionali, con geometrie che ora possono includere sottosquadri e cavità. AM consente agli ingegneri di Schunk di produrre parti direttamente da un modello CAD e di eliminare la lunga produzione di stampi per fusione. Il materiale RBSiC si distingue anche per la sua resistenza agli shock termici, garantendo un elevato grado di ossidazione e resilienza alla corrosione, elevata resistenza alla flessione e resistenza allo scorrimento, nonché per la sua bassa densità.

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