La produzione additiva di ceramica entra in una nuova dimensione
Il progetto Ceramfacturing, finanziato dall’UE, ha sviluppato un approccio completamente nuovo per l’AM multi-materiale in ceramica. «Consentendo la produzione in serie di componenti personalizzati e multifunzionali per molteplici applicazioni, è possibile ottenere combinazioni di proprietà precedentemente incompatibili come conduttività elettrica/isolamento elettrico, componenti densi/porosi o bicolore», spiega il dott. Tassilo Moritz dell’Istituto Fraunhofer per le tecnologie e i sistemi ceramici IKTS nonché coordinatore del progetto. Processi di produzione diversi per una vasta gamma di prodotti I ricercatori hanno sviluppato tre metodi AM di sistemi polimerici personalizzati per la fabbricazione di componenti ceramici multifunzionali: fabbricazione di filamenti fusi (FFF), stampa 3D termoplastica (T3DP) e produzione ceramica basata sulla litografia, oggi nota come fotopolimerizzazione in fase vapore (VPP). Tutti i processi hanno i loro usi e applicazioni specifici. Con l’FFF, ad esempio, è possibile produrre rapidamente componenti grandi e complessi con un’elevata efficienza dei materiali. Il T3DP è particolarmente utile per un approccio multi-materiale e applica microgoccioline di sospensione per la produzione a punti. La VPP utilizza invece l’applicazione a strati di una sospensione in ceramica fotopolimerizzabile leggera che può essere successivamente sinterizzata a piena densità. Il team di Ceramfacturing ha sviluppato cinque componenti di casi di studio molto diversi: un riscaldatore a infrarossi (IR), un impianto spinale, un impianto parziale del ginocchio, una micro-pinza chirurgica e una cassa dell’orologio personalizzata. Personalizzati e unici Inizialmente, i dati della spettrografia a risonanza magnetica vengono trasferiti in file CAD per produrre impianti medici specifici per il paziente, come protesi per ginocchio o spinali, pinze chirurgiche e apparecchi terapeutici. In base all’anatomia e alle esigenze del cliente, il team seleziona il materiale o le combinazioni di materiali desiderati e la tecnologia AM appropriata per produrre i componenti del caso di studio. Inoltre, sono stati sviluppati nuovi filamenti, sospensioni e materie prime contenenti particelle di ceramica o metallo per diversi processi AM. Tutte e tre le macchine AM di nuova concezione per uso multi-materiale per VPP, FFF e T3DP sono state mostrate con successo in un seminario del progetto nella seconda metà del progetto, organizzato dall’Istituto Fraunhofer IKTS e in un seminario sui materiali ibridi e sui processi di produzione additiva (HyMaPro) dopo la chiusura del progetto insieme a Fraunhofer IWS. Il video del progetto illustra queste tre macchine. Tre filmati distinti sono stati pubblicati di recente sul Journal of Visualized Experiments (JoVE). Risolvere gli imprevisti Il riscaldatore IR per arti originariamente progettato si è rivelato troppo grande per la produzione tramite i tre percorsi AM ed è stato sostituito da un riscaldatore IR molto più piccolo con una struttura di riscaldamento a meandri chiusa. Per un altro problema dovuto al coefficiente di dilatazione termica incompatibile per la combinazione iniziale di materiale, è stata scelta una nuova combinazione di acciaio inossidabile / zirconio. Il futuro della ceramica AM «La personalizzazione è prioritaria», precisa il dott. Moritz. «Il progetto Ceramfacturing ha aiutato a mostrare a una comunità più ampia le opportunità delle tecniche AM per realizzare su misura o personalizzare prodotti medici e di consumo», continua. La personalizzazione dei prodotti di consumo per uno stile di vita più sofisticato è molto di moda e la tecnica AM salvaguarderà tali prodotti dalla contraffazione e dal contrabbando. Sono state depositate due domande di brevetto sulla base dei risultati del progetto. Per aumentare la consapevolezza dei risultati del progetto CerAMfacturing come strumento di marketing, «CerAM» in combinazione con i tre metodi AM sviluppati saranno registrati coi seguenti marchi: CerAM FFF, CerAM T3DP e CerAM VPP. «Il progetto fungerà da apripista per l’ibridazione di materiali e processi e darà un notevole contributo alla comunità scientifica sulla combinazione di diversi materiali con i metodi AM», conclude il dott. Moritz.
Parole chiave
Ceramfacturing, ceramica, metodi AM, impianto, produzione additiva, chirurgia, multi-materiale, riscaldatore IR, fabbricazione di filamenti fusi, stampa 3D termoplastica, produzione ceramica basata sulla litografia, foto polimerizzazione in fase di vapore