Un gran avance en la impresión 3D de cerámica

Informe del 15 de mayo de 2023

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por Peter Grad, Tech Xplore

Para los científicos chinos de la Universidad de Jiangnan, la forma de lo que vendrá se basa en una mezcla de cerámica e impresión 3D.

Dirigidos por el profesor Liu Ren, los científicos universitarios desarrollaron una técnica que permite la construcción de formas complejas nunca antes posibles con la impresión 3D tradicional. Lo lograron creando una mezcla de cerámica que se vuelve sólida casi instantáneamente al exponerse a la luz infrarroja cercana.

Los beneficios de los procesos anteriores utilizados en la impresión 3D a menudo se vieron contrarrestados por problemas de precisión, velocidad y economía.

La estereolitografía, por ejemplo, que emplea rayos láser para fusionar pequeñas partículas de polvo de plástico, metal, vidrio o cerámica en un objeto sólido, generalmente requiere la producción de estructuras de soporte para sostener estructuras a gran escala o con formas extrañas en su lugar hasta que los componentes se solidifiquen. . Esto agrega tiempo y costo a los grandes proyectos.

El uso de estructuras de apoyo, ya sea en estereolitografía u otros enfoques relacionados, también requiere su eventual eliminación. Esto introduce problemas potenciales con respecto a la precisión dimensional y la suavidad de la superficie. Además, la eliminación de estructuras de soporte podría introducir microfisuras e incluso fallas estructurales debido a la tensión de peso adicional.

Los procesos alternativos de producción de cerámica que permitieron la producción sin el uso de estructuras de soporte utilizaron luz ultravioleta para endurecer los componentes. Esos procesos se beneficiaron de un mayor control espacial durante la etapa de endurecimiento. Pero ese enfoque se vio obstaculizado por las limitaciones en la capacidad de la luz ultravioleta para penetrar las lechadas de cerámica.

Los científicos de la Universidad de Jiangnan encontraron una solución. Descubrieron que podían construir objetos con mayor durabilidad y tiempos de producción más rápidos usando su pasta cerámica con un proceso de endurecimiento basado en luz infrarroja cercana, en lugar de luz ultravioleta.

"Al ajustar la intensidad de la irradiación y la velocidad de impresión, la suspensión de cerámica se puede curar in situ durante la extrusión sin el uso de soportes", dijeron los científicos en su informe publicado recientemente por la revista Nature Communications.

"La creciente resistencia y la capacidad de autosoporte de los filamentos extruidos mejora la precisión de fabricación. Más importante aún, la flexibilidad de la impresión 3D [hace] que sea más fácil imprimir voladizos de ángulo bajo o incluso horizontales sin defectos de pandeo o inclinación".

Pudieron construir objetos complejos que eran lo suficientemente fuertes como para mantener su forma y estabilidad en el aire inmediatamente después de la extrusión de la boquilla de la impresora.

Al comparar los resultados entre los procesos ultravioleta e infrarrojo cercano, los científicos encontraron diferencias significativas. Cuando probaron la profundidad de curado (endurecimiento) de la suspensión, encontraron que bajo la luz ultravioleta, la profundidad de curado alcanzó 1,02 mm después de un poco más de dos minutos. Pero con la luz infrarroja cercana, la profundidad de curado fue el triple que con la luz ultravioleta, mientras que el tiempo de exposición fue de solo 3 segundos.

Resumiendo sus resultados, los científicos dijeron: "Al optimizar los componentes de la tinta y los parámetros de impresión (diámetro de la boquilla, presión de extrusión, velocidad de movimiento, intensidad de la luz, etc.), es posible obtener objetos con una resolución más alta y una apariencia única".

Expresaron su confianza en que con más estudios sobre el enfoque de impresión de infrarrojo cercano, "las geometrías cerámicas producidas sin soporte ayudarán a generar más innovaciones y [ampliarán] la aplicación de tecnologías de fabricación aditiva".

Más información: Yongqin Zhao et al, Impresión 3D de cerámica de gran tamaño y escala múltiple sin soporte a través de escritura directa con tinta asistida por infrarrojo cercano, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-38082-8

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