• Poprzedni: Technologia DMLS
  • Następny: Technologia SLA

Technologia LCM

Przetwarzanie ceramiki technicznej za pomocą druku 3D
Dla wszystkich znanych technologii wytwarzania przyrostowego rozwój materiałów jest kluczowym zagadnieniem i stanowi największe ograniczenie aplikacyjne. Od lat 80-tych i 90-tych firmy rozwijające szybkie prototypowanie stawiały najwyższy nacisk na rozwój tworzyw sztucznych.

Spowodowane to było przede wszystkim zapotrzebowaniem na prototypy elementów masowo produkowanych z form wtryskowych, które są bardzo kosztownym narzędziem do wytworzenia, a każdy najmniejszy błąd w formie oraz błędy wymiarowe są obarczone kosztownymi poprawkami lub potrzebą przeprojektowania formy.
 
Technologia LCM
Rysunek 1. Źródło: www.lithoz.com
 
Z kolei wykonanie prototypów elementów metalowych od samego początku nastręczało dużo większych problemów technicznych ze względu na wymagania dotyczące dokładności wykonania detalu, które są zazwyczaj o rząd wielkości lepsze od elementów z tworzyw sztucznych. Dodatkowym warunkiem trudnym do spełnienia jest utrzymanie odpowiednio wysokiej wytrzymałości mechanicznej. Jednak największym wyzwaniem dla twórców technologii druku 3D są materiały ceramiczne.

Galeria zdjęć

Ceramika posiada szereg unikatowych własności niespotykanych w innych grupach materiałowych.

Najważniejsze z tych cech to:

  • odporność chemiczna,
  • wysoka wytrzymałość temperaturowa,
  • twardość i sztywność, które są trudne do uzyskania w innych grupach materiałowych.

Jednocześnie samo tworzenie technicznych elementów ceramicznych jest bardzo trudne ze względu na występowanie dużych skurczów termicznych ceramiki podczas wypalania lub spiekania oraz trudności w formowaniu kształtów oraz zachowanie odpowiedniej dokładności wymiarowej.

Wszelkie próby przetwarzania ceramiki na maszynach do laserowego przetapiania proszków metali kończyły się niepowodzeniem ze względu na pękanie materiału spowodowane dużymi gradientami temperaturowymi w tym procesie. Metody spajania proszków ceramicznych przy pomocy nadrukowywanego lepiszcza (technologia 3DP/CJP) były z kolei za mało dokładne i generowały znaczne porowatości w strukturze materiału podczas wypalania. Z kolei metody ekstruzyjne warstwowego budowania detali ceramicznych były niedokładne i uniemożliwiały budowanie cienkich ścian. Jeszcze do niedawna nie istniała żadna technologia druku 3D pozwalająca na wytwarzanie pełnowartościowych technicznie detali z takich materiałów ceramicznych jak tlenek cyrkonu (ZrO2) czy tlenek aluminium (Al203), z których wytwarzane są precyzyjne komponenty dla przemysłu elektrotechnicznego, chemicznego i maszynowego.
 
Technologia LCM
Rysunek 2. Źródło: www.lithoz.com
 
Dopiero technologia LCM (Lithography-based Ceramic Manufacturing) opatentowana przez austriacką firmę Lithoz GmbH pozwoliła na szybkie budowanie niemal dowolnie skomplikowanych technicznych a także medycznych materiałów ceramicznych. Metoda LCM przypomina w działaniu proces stereolitografii na bazie chipów DLP z wykorzystaniem światła niebieskiego.

Głównym kluczem do sukcesu są:

  • precyzyjna kompozycja fotopolimeru z nanoproszkami ceramicznymi,
  • sposób homogenizacji żywicy i utwardzania warstw,
  • proces wypalania i synteryzacji.

W procesie LCM pękanie materiału jest wyeliminowane poprzez stopniowe łagodne utlenienie macierzy zlepiającej cząstki ceramiki, a następnie spieczenie detalu w wysokiej temperaturze. Dzięki temu uzyskuje się wysokiej gęstości wytrzymałe detale prototypowe jak i krótkie serie produkcyjne. W LCM struktury podporowe budowane są z materiału rodzimego i wymagają odcięcia przed wypaleniem.

Drukarka 3D firmy Lithos – CeraFab 7500 do budowy elementów ceramicznych z tlenku cyrkonu i tlenku aluminium. Maszyna posiada opatentowany system rozprowadzania żywicy z nanocząstkami ceramiki tak, aby utrzymać jej stałą homogeniczność.

W tej technice nadal istnieje szereg zasad projektowania, które są znane inżynierom korzystających na co dzień z techniki wtrysku ceramiki do form jednak ze względu na warstwowy charakter techniki LCM można pominąć ograniczenia wynikające z samej konstrukcji formy. Daje to szereg nowych możliwości zarówno w kwestii kształtu jak i możliwości formowania nowych materiałów w tym materiałów hybrydowych.

Firma Lithoz obecnie standardowo oferuje 2 gatunki ceramiki technicznej opartej na tlenku cyrkonu i tlenku glinu oraz 1 materiał biozgodny bazujący na fosforanie wapnia. Ponadto Lithoz jest otwarty na wszelkiego rodzaju nowe pomysły wykorzystania technologii LCM zarówno pod kątem nowych materiałów jak i aplikacji.

Dzięki swobodzie projektowania elementów ceramicznych dzięki technologii LCM można wytworzyć elementy, które do tej pory nie były możliwe do wykonania metodami klasycznymi.

Zdjęcia i rysunek przedstawia miniaturową pompę sztucznego serca napędzaną helem wykonaną ze skomplikowanych elementów ceramicznych wybudowanych w technologii LCM. Projekt ten był wykonany przez Wiedeński Uniwersytet Technologiczny przy wsparciu Wiedeńskiego Uniwersytetu Medycznego oraz firmy Lithoz. Niektóre ze ścianek wirnika napędowego dochodzą do grubości 0,4 mm.

Więcej na temat usług dla tej technologii na stronie drukowanie 3D

Powiązane treści