Naukowcy z Państwowego Uniwersytetu Tajwańskiego opracowali nową żywicę światłoutwardzalną do wykorzystania jako surowiec w druku 3D ceramiki technicznej metodą DLP (digital light processing). Zaprezentowana zawiesina charakteryzuje się rekordową zawartością ceramiki i umożliwia otrzymywanie wydruków o prawie pełnej gęstości, przy minimalnym skurczu podczas spiekania po usunięciu polimeru.
Technologie druku 3D znacznie rozszerzyły możliwości wytwarzania z ceramiki inżynierskiej wyrobów o złożonej geometrii, jednak problemy z zachowaniem dokładności wymiarowo-kształtowej w wyniku skurczu, towarzyszącego usuwaniu lepiszcza i obróbce cieplnej, jak dotąd ograniczały wykorzystanie takich wyrobów w bardziej wymagających zastosowaniach przemysłowych. Zwiększenie stężenia cząstek ceramicznych w zawiesinie teoretycznie mogłoby przyczynić się do zmniejszenia skurczu i poprawy dokładności wydruku, jednak w praktyce jest to utrudnione. Po przekroczeniu stężenia na poziomie około 60%, dalsze jego zwiększenie pociąga za sobą wykładniczy wzrost lepkości. Na poziomie 70% lepkość przekracza 100 Pa·s. Zauważalne staje się również zjawisko rozrzedzania ścinającego. W konsekwencji, dojrzała technologia druku 3D materiałów ceramicznych, oparta na technice fotopolimeryzacji, wymaga osiągnięcia optymalnej równowagi między lepkością podczas druku a skurczem przy spiekaniu.
Przełomowa metodologia, przedstawiona przez tajwańskich badaczy, umożliwia przygotowanie światłoutwardzalnej zawiesiny o stężeniu SiO2 na poziomie 83% w ujęciu objętościowym. Staranny dobór parametrów żywicy i wsadu ceramicznego, takich jak rozkład granulometryczny oraz kształt i powierzchnia cząstek, pozwolił na optymalizację upakowania drobin ceramicznych, przy jednoczesnym zachowaniu odpowiednich właściwości reologicznych zawiesiny. W rezultacie, wyroby drukowane w 3D z tak otrzymanej żywicy, po usunięciu lepiszcza i spieczeniu wykazują skurcz poniżej 6,5%, zapewniający dobrą dokładność wymiarowo-kształtową gotowego wyrobu.
Potencjał metodologii zweryfikowano na podstawie wydruku próbek. Przykładowy detal – komponent turbiny – poddano starannie kontrolowanemu procesowi usunięcia lepiszcza i spiekania, uzyskując gęstość zbliżoną do wartości teoretycznej i geometrię pozbawioną defektów.
Jak podsumowuje dr Ying-Chih Liao, profesor inżynierii chemicznej na Państwowym Uniwersytecie Tajwańskim, strategia obejmująca kontrolę wszystkich etapów wytwarzania przyrostowego, od przygotowania surowca, poprzez proces druku, po postprocessing, pozwoliła na otrzymanie wysokiej precyzji i złożoności wydruku, co stanowi ważny krok w rozwoju technologii druku 3D ceramiki inżynierskiej.
labspotlight.ntu.edu.tw
Wei-Cheng Chao, Yi-Hua Kao, Chien-Hua Chen, Ying-Chih Liao: Ultralow-shrinkage ceramic fabrication via three-dimensional printing of high-solid-loading suspensions, Additive Manufacturing, vol. 115, 105051,2026
