Inseguendo il Bianconiglio della Stampa 3D in ceramica

La ceramica è uno dei materiali più versatili che ci sia: è bella da vedere, sicura per il cibo, si può colorare ed è perfetta per una vasta gamma di prodotti utili e decorativi. Inoltre le ceramiche sono tra i materiali migliori per produrre prototipi industriali avanzati. Non c’è da stupirsi quindi che si parli molto della stampa 3D in ceramica, ma quando si arriva al dunque come funziona realmente? Ecco alcune delle opzioni più interessanti.

GLOSSARIO
Prima di partire ci sono alcuni termini che bisogna sapere quando si parla di ceramiche:
Oggetto verde: l’oggetto di argilla che deve ancora essere sinterizzato in una fornace.
Sinterizzazione: Il processo di parziale fusione delle particelle di argilla per ottenere oggetti di ceramica dura.
Fornace: Il forno usato per i processi post produttivi (sinterizzazione) dell’oggetto verde.
Binder Jetting: La tecnologia di stampa 3D che funziona incollando le particelle della polvere per formare gli strati dell’oggetto.
Estrusione a pressione: Il processo di stampa 3D, simile alla deposizione dei filamenti fusi, dove un materiale pastoso viene estruso per formare un oggetto verde.
Argilla: roccia o un terreno naturale a grana fine che una o più materili argillosi con trace di ossidi di metallo e materiale organico.
Ceramica: materiale non metallico solido inorganico non metallico composto da atomi metallici, non metallici o metalloidi. E’ solitamente composto da argilla sinterizzata in una fornace.
Porcellana: materiale ceramico realizzato attraverso il riscaldamento di materiali, che generalmente includono il caolino, in una fornace a temperature tra i .1.200 e 1.400 ° C (2.200 e 2.600 °F).

Ceramica 3D Printed in Italy

3d-printing-clay-wasproject-23-637x320Il produttore italiano di stampanti 3D WASP si è costruito una reputazione come uno dei migliori produttori dei stampanti 3D Delta di grandi dimensioni, tra le quali i sistemi Big delta che la società intende usare per costruire case a basso impatto nei paesi in via di sviluppo. Questa esperienza è tornata utile nello sviluppo del sistema di estrusione dell’argilla di WASP che è stato recentemente messo a disposizione anche per stampanti di terze parti. Se settata correttamente, la tecnologia di WASP è in grado di offrire una delle più precise stampe 3D ad estrusione presenti sul mercato. Gli oggetti verdi sono molto fragili e devono essere sinterizzati in una fornace, ma i risultati sono già piuttosto impressionanti e i costi relativamente contenuti.

Il Kit di WASP comprende un serbatoio di 3 litri con il suo alloggiamento, un pistone per l’estrusione, un riduttore di pressione, una valvola per prevenire i ritorni, una valvola di sicurezza, 1 kg di porcellana, una coclea, una camera a pressione intercambiabile, un motore passo passo a coppia alta e una scheda SD che contiene il file .stl per i due modelli PowerWASP e DeltaWASP, le istruzioni per assemblare alcuni video per la preparazione delle miscele.

Tra le innovazioni più rilevanti presentate dai nuovi estrusori sono sistemi che eliminano le bolle d’aria nella miscela, mentre il sistema di controllo dell’estrusione dispone di un’opzione di retrazione e il moltiplicatore di pressione verso l’esterno.

Un “robot” artigiano

3D Potter bot3D PotterBot è stata una delle prime stampanti 3D realmente dedicate alla ceramica. Può produrre grandi volumi di materiali ceramici concentrati,attraverso la grande capacità di flusso costante dell’estrusore RAM, che garantisce un flusso di stampa continuo e molto preciso. DeltaBots, la società che ci sta dietro, ha specificatamente sviluppato l’involucro per grandi contenitori fino ad una altezza massima di 17″ e disegnato appositamente la loro stampante per essere estremamente semplice e rigida nella costruzione per ottenere i migliori risultati nella creazione di ceramiche.

Progettata per la stampa di ceramica, la stampante Delta 3D della 3D Potter Bot (a partire da meno di 3,000 dollari) offre alcune particolarità uniche. Posizionando il meccanismo di estrusione sopra la piattaforma, permette di stampare direttamente dalla punta dell’estrusore RAM. Questo permette alla 3D PotterBot un controllo senza precedenti sul flusso della ceramica o della pasta. Eliminando il tubo viene eliminato anche il ritardo e l’isteresi causato dal tubo stesso. I questo modo si una una estrusione precisa e costante per tutta la stampa. L’estrusore non usa aria per l’estrusione , nessuna forza esterna o aria compressa per spingere la pasta.

Stampare con due ceramiche

Vorm Vrij DualSe si volesse usare due diversi tipi di argilla in una singola stampa c’è un solo sistema disponibile  tra i 3.000 e 6.000 dollari): la LUTUM 3D Clay Printer di  Vorm Vrij. Ci sono parecchi sistemi LUTUM pre-assemblati tra cui scegliere; hanno tutti la stessa base e capacità, ma le differenze stanno nel sistema di estrusione e nella dimensione del serbatoio dell’argilla. Tutte le configurazioni possono stampare fino a un volume di 650 x 700 x 700 mm. Le opzioni comprendono il sistema di pressione dell’argilla, il sistema di controllo IED e anche strumenti di assemblaggio, software dedicato, differenti estrusori e molto altro.

“Vorm Vrij” è una parola olandese che sta per Forma Libera, come nel caso della stampa 3D di creare qualsiasi tipo di forma. La start-up olandese sta cercando di espandere ulteriormente questa possibilità attraverso il suo sistema di estrusione duale per la ceramica.

L’originale stampante per la ceramica

tethon3dceramics05Tethon3D è una dei principali esperti nella stampa 3D avanzata della ceramica. Prima dell’arrivo dei sistemi di estrusione low cost c’era solo un modo per stampare £d con l’argilla ed era la tecnologia binder jetting di ZCorp (ora 3D Systems). Si possono ancora trovare sul mercato stampanti 3D delle serie Zprinter 310 e 510 a costi relativamente bassi; altre opzioni più costose sono le nuove serie di sistemi binder jetting X60 di 3D Systems.

Una società che offre servizi di stampe 3D di ceramica e prodotti relativi con questa tecnologia è la Tethon3D di Omaha nel Nebraska, “Tethon” è una parola che significa Bufalo bianco nella lingua degli Omaha, una tribù dei nativi americani. I bufali bianchi esistono in natura ma sono rari e questo, quindi, indica le qualità molto peculiari della società, che è in grado di creare complesse geometrie di argilla attraverso un processo binder jetting. Tethon3D inoltre offre un proprio agglomerante e specifiche polveri per la ceramica.

Ceramica on demand

cer-bunnycolorsSe non volete sporcarvi le mani ma volete comunque che i vostri disegni 3D si trasformino in ceramica, potete rivolgervi a servizi quali Shapeways, iMaterialise o anche Sculpteo e Rinkak.

Shapeways sta per offrire creazioni in porcellana attraverso le stesse stampanti 3D a tecnologia SLS che usa per il nylon, ora adattate per creare un calco per i prodotti in porcellana. Il risultato finale ha il dettaglio e la qualità dei processi tradizionali con disegni che non possono essere fatti in nessun altro modo

La belga iMaterialise, d’altro canto, usa la tecnologia binder jetting di Zcorp per creare le sue ceramiche da modelli creati con polvere di silicio di alluminio. Il modello stampato è rimosso dalla stampante 3D e posto in un forno di essicazione che aumenta la forza del modello, anche se resta fragile. In seguito viene eliminato dal modello la parte in eccesso e quindi rimesso in un formo per acquistare forza. Prima che l’oggetto verde venga sinterizzato viene applicato uno smalto non tossico e senza piombo.

Il futuro della ceramica

Lithoz1Infine, probabilmente non vi servirà per creare oggetti per uso consumer ma la tecnologia LCM (Lithography-based Ceramics Manufacturing) è tra le più affascinanti in assoluto pre create prototipi usando ceramiche altoperformanti, un materiale che molti (incluso, in particolare, il produttore di stampanti SLS EOS) credono possa rappresentare il futuro della prototipazione.

La stampante 3D presentata dalla società austriaca Lithoz nel 2013 si chiama CeraFab e utilizza la stereolitografia laser per curare le resine fotoattive che vanno a formare “il contenitore” in cui vengono inserite delle particelle ceramiche diffuse digitalmente, in modo omogeneo, attraverso l’utilizzo di una tecnologia proprietaria basata su un sistema di LED. Insomma, la ceramica, così come anche il legno, non è solo uno dei materiali più nobili del nostro passato, ma, grazie alla stampa 3D, anche uno dei materiali di maggiore potenziale per il nostro futuro.

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