معرفی چاپ سه بعدی سرامیک

سرامیک‌های چاپ سه بعدی

خوب، سرامیک چیست؟ این یک اصطلاح کاملاً گسترده است که همه چیز بین ظروف سفالی و آلومینا را در بر می‌گیرد. منشأ سرامیک را می‌توان تا یونان قدیم ردیابی کرد که در آنجا آنها رس را در دماهای بالا می‌پختند تا سفت و سخت شود. از نظر فنی، سرامیک یک ماده جامد است که از یک ترکیب معدنی از پیوندهای فلزی، غیر فلزی یا یونی و کووالانسی تشکیل شده است. کربن و سیلیکون را می‌توان از این منظر به عنوان سرامیک در نظر گرفت، و توجه به این نکته حائز اهمیت است زیرا نام بسیاری از سرامیک‌های قابل چاپ 3 بعدی بیشتر شبیه نام فلزات است زیرا از سفال حاصل نمی‌شوند. امروزه سرامیک‌ها به دو دسته تقسیم می‌شوند: سرامیک‌های کلاسیک که فقط از مواد اولیه طبیعی (خاک رس) تشکیل شده‌اند و سرامیک‌های فنی که شامل مواد دیگری مانند سیلیکون، کربن و ازت می‌باشد.
 
سرامیک‌های کلاسیک شامل سفالینه‌های لعاب دار، سفال‌های گلی و چینی است. سرامیک‌های فنی، همچنین به عنوان سرامیک‌های مهندسی شده و سرامیک‌های صنعتی شناخته می‌شوند، و لیست آنها بسیار طولانی‌تر است زیرا تعداد بیشتری از آنها به طور مرتب به عنوان راه حل‌های سفارشی برای برنامه‌های خاص ایجاد می‌شوند. پایداری ابعادی و چگالی کم سرامیک باعث می‌شود که برای فرستادن آن به فضا به صورت یاتاقان‌ها، درزبندها و سپرهای حرارتی روی راکت‌ها و ماهواره‌ها ایده آل باشد. برخی از سرامیک‌های فنی محبوب عبارتند از: آلومینیوم نیتراید، زیرکونیا، سیلیکون نیتراید، سیلیکون کاربید و آلومینا. در سرامیک‌های فنی نسبت به سرامیک‌های کلاسیک، خواص مکانیکی، حرارتی، شیمیایی و الکتریکی به طرز چشمگیری بهبود بخشیده شده است. بیشتر سرامیک‌های چاپی سه بعدی در رده فنی قرار می‌گیرند اما فرایند چاپ بر اساس اکستروژن (که در زیر مورد بحث است) در درجه اول با سرامیک‌های کلاسیک کار می‌کند.
 

علل این که با سرامیک چاپ می‌کنیم:

 
* زیبایی
* تاکتیک
* مقاومت شیمیایی
* با محیط زیست سازگار است
* هدایت حرارتی بالا یا پایین ، بسته به فرمولاسیون
* عایق برق بودن
* سختی زیاد
* نسبت قدرت به وزن بالا
 

صنایع

لیست بالا از نظر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی کاملاً جذاب است. به همین دلیل است که سرامیک در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می‌گیرد و نسخه‌های چاپی سه بعدی آنها به سرعت جایگزین قطعات سرامیکی سنتی می‌شوند. اولین چیزی که هنگام فکر کردن در مورد سرامیک به ذهن می‌رسد، معمولاً سفال و ظروف آشپزی است و بله، برخی از هنرمندان خالق گلدان‌های سرامیکی، کاسه‌ای و مجسمه‌های (چاپ) سه بعدی هستند. سرامیک از نما و احساس خوشایندی برخوردار است و می‌توان برای تغییر هر دو این ویژگی‌ها آن را با آتش پخت. هر چند این فقط نوک کوه یخ است. در این جا برخی از صنایعی که به سرامیک متکی هستند معرفی می‌شوند:
 
هوا فضا
پایداری ابعادی و چگالی کم سرامیک باعث می‌شود که برای فرستادن آن به فضا به صورت یاتاقان‌ها، درزبندها و سپرهای حرارتی روی راکت‌ها و ماهواره‌ها ایده آل باشد. قطعات بسته به موقعیت نسبی آنها در برابر نور خورشید دچار تغییرات شدید دما در فضا می‌شوند، از این رو مهم است که مواد در آن تغییرات دما کوچک نشوند و یا گسترش نیابند و البته هزینه ارسال هر چیزی به فضا مستقیماً با جرم (وزن) آن گره خورده است. بنا بر این سبکی همیشه اولویت دارد.
 

حمل و نقل هوایی

همان ویژگی‌ها در هوای کره زمین که تلاطم و اصطکاک هوای بیشتری، که نیازمند مقابله با آنها هستیم، وجود دارد، مفید است، اگر حتی ضروری‌تر نباشد. سرامیک در برابر سایش و گرما بسیار مقاوم است بنا بر این می‌توان آن را در اجزای مختلف هواپیما از جمله زره، عایق الکتریکی و نازل سوخت یافت. این دلیل خوبی بود که چرا شاتل فضایی ناسا با صفحات سرامیکی پوشانده شده بود (برای جلوگیری از سوختن آن در هنگام ورود مجدد به جو).
 

خودرو

سختی و استحکام سرامیک به ویژه در فضای تولید خودرو مفید است زیرا، بیایید با این حقیقت رو راست باشیم که، ما در مورد خودروهای خود بسیار ناخوشایند هستیم. در مورد نوسانات دما، لرزش، رطوبت، مواد شیمیایی و روغن‌های مختلف، وسایل نقلیه ما باید با همه این‌ها مقابله کنند. از شمع‌های موتور و ترمزها گرفته تا سنسورها و فیلترها، در هر خودروی معینی قطعات بی شماری وجود دارد که سرامیک در آنها به کار رفته است.
 
پزشکی
این واقعیت که سرامیک سبک، با دوام و زیست سازگار است، این ماده را برای صنایع پزشکی و جراحی که در آن‌ها از آن برای کاشت، ابزار جراحی و راهنماها و تجهیزات تشخیصی استفاده می‌شود ، به صورت یک ماده عالی تبدیل می‌سازد.
 

انرژی

سیستم‌های تولید و توزیع برق هر دو بسیار خواستار دارند و مهم هستند و سرامیک به قابلیت اطمینان این سیستم‌ها کمک می‌کند. مقاومت در برابر سایش، عایق بودن الکتریکی و خصوصیات مکانیکیِ سفت و سخت این مواد، امکان برای زنده ماندن در محیط‌های سخت نیروگاه‌ها را فراهم می‌آورد.
 

شیمیایی و دارویی

ترکیبات شیمیایی و داروها به فرایندهایی نیاز دارند که در تغییرات سریع دما، فشار و در مقابل خوردگی مقاوم باشند. سرامیک‌هایی سفارشی را می‌توان مهندسی کرد که بیشتر از بیشتر فلزات در ماشینهای تخصصی مورد استفاده در این صنعت دوام آورند.
 

مهندسی برق

لازم است بسیاری از قطعات الکتریکی مانند سنسورهای موجود در موتورها و کوره‌ها و همچنین محفظه‌های خلأ شتاب دهنده‌های ذرات در محیط‌هایی سخت کار کنند. این‌ها مواردی هستند که سرامیک‌ها دارای کارکرد درخشانی در آنها هستند.
 
این فقط یک لیست کوچک از موارد مصرف صنعتی سرامیک‌ها بود، و سایر کاربردهای سرامیک شامل کاربردهای نوری، متالوژی و منسوجات است. نکته این است که: سرامیک‌ها همه جا در اطراف ما هستند و کارهای زیادی انجام می‌دهند. این بدان معنی است که بازار بالقوه سرامیک‌های چاپی سه بعدی نسبتاً بزرگ است.
 

انواع چاپ سه بعدی سرامیکی

پنج فرآیند اصلی برای سرامیک چاپ سه بعدی وجود دارد:
 
* اکستروژن - خمیر یا دوغاب سفالی از طریق نازل رانده می‌شود و قطعات به صورت لایه به لایه مانند چاپگر سه بعدی رومیزی ساخته می‌شوند.
 
*  - jetting binder یک ماده اتصال دهنده به صورت انتخابی در یک بستر از پودر سرامیک به صورت یکجا استفاده می‌شود.
 
* بستن و سخت شدن پودری – یک لیزر پرقدرت سطح مقطع هر لایه را روی تخت پودر سرامیک می‌چسباند.
 
*  -  NanoParticle Jetting سوسپانسیونهای مایعِ حاوی نانو ذراتِ سرامیک جامد، به صورت لایه به لایه با جوهر افشان روی سطح نشانده می‌شوند
 
* فوتوپلیمر سازی (DLP)- رزینی که پر از ذرات سرامیکی است در چاپگر DLP استفاده می‌شود که هر لایه را با یک نور ماوراء بنفش در یک جامد تزریق می‌کند.
 
منبع: 3D PRINTING