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Introducción
Una creencia común sobre la impresión 3D de cerámica técnica es que sus cuatro tecnologías principales: inyección de aglutinante, SLA (estereolitografía), inyección de tinta y FFF (fabricación de filamentos fundidos), compiten entre sí. Sin embargo, desde nuestro punto de vista, son complementarios y se adaptan a diferentes necesidades.
Antes de profundizar en los detalles de cada uno de estos cuatro métodos, es importante tener en cuenta que todos los procesos de fabricación aditiva de cerámica (AM) comparten una característica común: son procesos de impresión 3D indirectos. Esto significa que una impresora 3D de cerámica se usa solo como una forma de dar forma a la pieza, que luego deberá pasar por procesos de desaglomerado y sinterización.
El proceso de desaglomeración elimina el material de la matriz que se utiliza para colocar las partículas cerámicas en la forma correcta, mientras que el proceso de sinterización es un tratamiento térmico de alta temperatura que se utiliza para densificar la pieza después de que se retira el material de la matriz.
Recordatorio: a diferencia de las artes y oficios de la cerámica, los materiales cerámicos técnicos se utilizan para aplicaciones de vanguardia. Este artículo se centra en la cerámica técnica, por lo que no incluimos ciertos procesos de impresión cerámica como la extrusión de pasta, que no se adaptan a los materiales cerámicos técnicos.
Chorro de aglutinante
El proceso de inyección de aglutinante consiste en aplicar un aglutinante líquido que se deposita selectivamente sobre un lecho de polvo. El polvo que se ha unido forma una capa sólida que es la base del objeto.
Luego, se coloca una segunda capa de polvo encima de la primera, y el proceso se repite hasta que se completa el objeto. Una vez que la pieza está totalmente impresa en 3D, se elimina el exceso de materia y la pieza se densifica mediante un proceso de sinterización.
La inyección de aglutinante es la única tecnología de fabricación de aditivos cerámicos que permite la producción de piezas grandes a alta velocidad.
Sin embargo, este método de impresión 3D tiene una fuerte barrera de entrada financiera, que requiere una gran inversión inicial incluso si la materia prima en sí es bastante asequible. Las reglas de diseño también son una restricción; no se pueden imprimir pequeños detalles ni hacer piezas huecas. Además, las piezas cerámicas con chorro de aglutinante tienen una superficie relativamente rugosa y porosa.
Otro inconveniente importante del chorro de aglutinante es que normalmente conduce a niveles altos (típicamente alrededor del 20 al 30%) de porosidad después de la sinterización. Esto está relacionado con la baja densidad del polvo del lecho de impresión, así como con el tamaño de las partículas de polvo que se utilizan.
Por lo tanto, el chorro de aglutinante es una buena opción cuando se producen objetos que deben ser ásperos y porosos, como núcleos de cerámica, filtros, crisoles u otros productos refractarios.
Estereolitografía (SLA)
SLA implica el uso de una fuente UV (láser o proyector de luz) que se dirige con mucha precisión a un tanque de resina fotosensible. La luz endurece la resina al contacto y forma la pieza, capa tras capa. En la impresión 3D de cerámica, la resina es una mezcla de materiales fotosensibles que está muy cargada de polvo cerámico.
La primera ventaja de SLA es que es compatible con una amplia gama de materiales, que incluyen alúmina, zirconia, ZTA / ATZ, coredierita, cerámica a base de silicio, HAP / TCP y AIN.
En segundo lugar, la estereolitografía no solo permite imprimir piezas muy densas, sino también detalles muy pequeños gracias a la alta resolución que proporcionan sus finas capas. Por lo tanto, las impresoras 3D SLA son una excelente opción para joyería , odontología y otras aplicaciones de fundición de alta precisión.
Dicho esto, esta tecnología de fabricación aditiva de cerámica requiere una alta inversión que no todas las empresas pueden permitirse; el costo de una impresora 3D de cerámica técnica SLA puede comenzar en alrededor de € 150,000 y llegar hasta más de € 500,000. Además, al igual que con el chorro de aglutinante, las piezas de resina huecas son imposibles de imprimir, ya que la resina quedaría atrapada dentro de la pieza.
La impresión 3D de resina cerámica también es una operación relativamente compleja que implica largos tiempos de preparación y delicados pasos de posprocesamiento , como el lavado del exceso de resina y el poscurado.
Chorro de tinta
El proceso de inyección de tinta consiste en depositar gotitas cerámicas de nanosuspensión. Las impresoras 3D de inyección de tinta están equipadas con cientos o miles de boquillas que depositan el material en una plataforma calentada. El calor generado por la plataforma hace que el disolvente se evapore.
La impresión 3D de inyección de tinta es sin duda la tecnología de cerámica AM más precisa, pero también la más cara. El proceso en sí es bastante lento y no puede imprimir piezas grandes. Está particularmente adaptado para la electrónica impresa en 3D o para la impresión en 3D de detalles muy delgados, como herramientas quirúrgicas con pequeñas complejidades internas.
Tecnología FFF
La impresión 3D de cerámica FFF (fabricación de filamentos fundidos) se realiza igual que con las impresoras 3D FFF de escritorio normales , pero el filamento es un polímero compuesto cargado con altos niveles de cerámica.
La tecnología Zetamix patentada de Nanoe es la tecnología cerámica FFF más importante. Zetamix es una línea de filamentos cerámicos que se pueden imprimir en 3D con cualquier impresora 3D basada en filamentos. Hay cuatro tipos de filamentos Nanoe Zetamix disponibles: circonita blanca, circonita negra, alúmina y 316L (acero inoxidable).
Además de ser la tecnología de fabricación de aditivos cerámicos más asequible, FFF también es la más rápida, al tiempo que imprime piezas tan densas como las impresas con SLA o métodos de inyección de tinta. De hecho, cuando se desunden y sinterizan, las piezas cerámicas Zetamix tienen una densidad del 99%.
Además, a diferencia de otras tecnologías como SLA o chorro de aglutinante, FFF requiere poca o ninguna preparación o limpieza. Sin embargo, proporciona menos precisión que SLA (diferencia de 100 micrones) y no puede imprimir piezas masivas como las latas de aglutinante.
Dado que es posible imprimir en 3D una amplia variedad de diseños y estructuras con alta densidad, FFF es una opción adecuada para muchas aplicaciones, desde herramientas hasta objetos de vanguardia, dependiendo del nivel de precisión que se requiera para esos objetos.
Conclusión
La elección de una tecnología de impresión 3D cerámica dependerá de la aplicación y de las características deseadas del objeto final: poroso o denso, resolución alta o media, producción de alto volumen o prototipado, tamaño grande o pequeño, etc.
Por este motivo, los industriales suelen equiparse con dos o tres impresoras AM cerámicas diferentes para utilizar una u otra según la pieza que se tenga a mano.
