Wraz z rozwojem branży druku 3D coraz częściej konieczne stają się wydarzenia skupiające się na konkretnych zastosowaniach, branżach lub platformach. Otwarcie tegorocznej Konferencja AM Ceramics w Wiedniu, Litoz Dyrektor generalny Johannes Homa zastanawiał się, jak produkcja przyrostowa ceramiki ewoluowała od eksperymentu akademickiego do technologii uznanej w przemyśle. Homa zauważył, że spółka Lithoz, założona w 2011 r. jako uniwersytecki spinout, rozrosła się z małej grupy badawczej w Norymberdze do firmy zatrudniającej prawie 150 pracowników, co odzwierciedla szybkość dojrzałości rynku. Powiedział, że zorganizowanie konferencji w Wiedniu miało symboliczne znaczenie: „To było miejsce narodzin Lithoza… to, co zaczęło się jako mały pomysł na ceramikę drukowaną w 3D, stało się teraz społecznością”. Homa podkreślił, że AM Ceramics to coś więcej niż forum techniczne, służy budowaniu współpracy, przyjaźni i wspólnego postępu w środowisku akademickim i przemysłowym.
Odwiedziłem AM Ceramics 2025, aby zobaczyć, jak kształtuje się przyszłość ceramiki do druku 3D.
Otwierając konferencję, przedstawiciele Wiedeńskiej Agencji Biznesu podkreślili zaangażowanie miasta we wspieranie zaawansowanej produkcji, ujawniając, że w ciągu ostatnich trzech lat projekty związane z produkcją przyrostową wsparły projekty w zakresie wytwarzania przyrostowego o wartości ponad 2 milionów euro. W sesjach technicznych wydarzenia, moderowanych przez dr Alberta Tarancóna z IREC, uczestniczyli czołowi badacze, tacy jak dr Uwe Scheithauer z Fraunhofer IKTS, który zbadał bariery uniemożliwiające ceramice AM osiągnięcie pełnej industrializacji. Scheithauer zidentyfikował potrzebę standaryzacji, automatyzacji i jaśniejszego komunikowania korzyści płynących z technologii, argumentując, że przyjęcie zależy od zaufania, demonstratorów i znalezienia zastosowań, w których wyjątkowe właściwości ceramiki uzasadniają koszt. „Wytwarzanie przyrostowe wzbogaci świat” – powiedział – „ale tylko dzięki współpracy, walidacji i odwadze, aby ponownie przemyśleć sam projekt”.
AM Ceramics dało mi także okazję do zaprezentowania niektórych prac, jakie wykonuje 3DPI poza naszymi regularnymi raportami. Moja prezentacja nawoływała branżę do spojrzenia poza maszyny i materiały na zachęty i pętle informacji zwrotnej, które kształtują adopcję. Wyciągając wnioski z innych dziedzin, argumentowałem, że metale pokazują, że skalowanie jest często problemem regulacyjnym i papierkowym, a nie inżynierskim. Jednocześnie polimery ilustrują ryzyko pomylenia prędkości z wartością. Ceramika znajduje się na rozdrożu: musi być wystarczająco precyzyjna, aby można było jej zaufać, wystarczająco szybka w użyciu i wystarczająco wartościowa, aby przetrwać, unikając cykli napędzanych szumem poprzez synchronizację walidacji z wydajnością.
Nakreśliłem ramy diagnostyczne wykorzystywane przez UBIK Intelligence (dział analityki 3DPI), takie jak system wczesnego ostrzegania krzywej załamania, globalny moduł mapowania współzależności, wskaźnik inwersji widoczności i mocy, wskaźnik zmienności leksykalnej i dekoder struktury historycznej, aby wykryć kruchość, ukryte zależności od dostaw, brak równowagi między szumem a sygnałem, dryfowanie języka i powtarzające się wzorce boomów i załamań. Omówiłem „paradoks replikatora”, w którym możliwość wykonania czegokolwiek osłabia koncentrację, i zalecałem odzyskanie „piękna nudy” z CNC: interoperacyjności, dokumentacji i przewidywalności, które budują zaufanie na dużą skalę.
Jeśli chcesz uzyskać dostęp do niektórych frameworków, których używamy dla UBIK, zapraszam do zapoznania się z naszym Test diagnostyczny trzeciej fali tutaj.
Dodatkowe rdzenie ceramiczne do chłodzenia turbin nowej generacji
Dr Wen Zhang z Safran opowiedziała, jak rosnące temperatury na wlocie turbiny wymuszają nowe projekty rdzeni i sposoby produkcji chłodzonych łopatek turbin. Safran, grupa generująca przychody na poziomie 27 miliardów euro, zatrudniająca ponad 100 000 pracowników i dysponująca rocznymi pracami badawczo-rozwojowymi o wartości około 2 miliardów euro (2024), koncentruje się na gorętszych i bardziej wydajnych silnikach poprzez postęp w zakresie nadstopów, chłodzenia wewnętrznego, chłodzenia folii i powłok stanowiących barierę termiczną. Jednakże obwody chłodzące nowej generacji są zbyt złożone, aby można było je zastosować samodzielnie w przypadku konwencjonalnego wtrysku rdzenia, co zmusza firmę Safran do oceny rdzeni ceramicznych wytwarzanych metodą wytwarzania przyrostowego w procesie odlewania metodą traconego ciepła.
Wczesne próby AM ujawniły luki w porównaniu z potrzebami produkcyjnymi: niewystarczającą stabilność faz w temperaturach odlewania, nadmierny skurcz w wysokiej temperaturze i niską wytrzymałość mechaniczną prowadzącą do awarii podczas wtryskiwania i wylewania wosku. Firma Safran doszła do wniosku, że musi kontrolować skład surowca, a nie materiały „czarnej skrzynki”, i nawiązała formalną współpracę z firmą Lithoz w celu wspólnego opracowania dostosowanego surowca ceramicznego. W przypadku nowego materiału funkcjonalne testy odlewnicze pozwoliły uzyskać ostrza porównywalne z tymi wykonanymi z rdzeniami wtryskiwanymi, a prace koncentrują się obecnie na drukowaniu bardziej złożonych rdzeni, ustalaniu specyfikacji surowców i rdzeni oraz usprawnianiu transferu technologii z Safran Tech do jednostek produkcyjnych.
Rdzenie AM obciążone przez Zhanga nie mają na celu zastąpienia formowania wtryskowego pod względem kosztów lub objętości, ale umożliwienie wykonania części, których nie można wykonać w inny sposób. W celu uprzemysłowienia firma Safran kładzie nacisk na automatyzację (np. czyszczenie rdzenia), kontrolę w trakcie procesu i gromadzenie danych, a także wcześniejsze wykrywanie defektów poprzez monitorowanie na miejscu, aby szybko zatrzymać wadliwe konstrukcje. W pytaniach i odpowiedziach Safran powiedział, że docelowe ilości zależą od zastosowania, a nie od masowej produkcji, właściwości mechaniczne są obecnie oceniane na prętach testowych, a szersze przyjęcie będzie zależeć od zaufanych dostaw materiałów, przejrzystości receptur i długoterminowego zapewnienia jakości, co powtórzył Lithoz w odpowiedzi na obawy dotyczące dostępu do materiałów i ich spójności.
Glassomer przenosi logikę przetwarzania ceramiki do w pełni gęstej topionej krzemionki
CSO Glassomer Dr Frederik Kotz-Helmer szczegółowo opisał, w jaki sposób firma z siedzibą we Fryburgu produkuje części ze szkła o pełnej gęstości z topionej krzemionki, dostosowując metody obróbki ceramiki. Portfolio obejmuje dwie metody kształtowania: fotoutwardzalną żywicę nanocząsteczkową do druku 3D DLP (ciało zielone / debind / spiekanie do gęstości 100%) oraz granulat do formowania wtryskowego przetwarzany w temperaturze 100–200°C z szybkim, głównie wodnym usuwaniem lepiszcza przed spiekaniem. Powstałe części odpowiadają standardowym właściwościom topionej krzemionki, szerokopasmowej transmisji optycznej, niskiej rozszerzalności cieplnej (~0,5 ppm/K), wysokiej stabilności termicznej/chemicznej i są dostarczane do urządzeń optycznych, fotonicznych, mikrotechnologicznych i analitycznych, od cech dyfrakcji submikronowej po biochipy i komponenty do trudnych warunków środowiskowych.
Rzeczywiste przypadki użycia obejmowały drukowane elementy wewnętrzne kolumn do destylacji chemicznej (zintegrowane z konwencjonalnymi szklanymi rurkami) oraz dostępne w magazynie, drukowane złącza szklane, które klienci polerują płomieniowo i montują na żądanie. Najważniejsze badania prowadzone w Instytucie Maxa Plancka w Erlangen dotyczą włókien kryształu fotonicznego metodą „drukuj i rysuj”: 40-centymetrowe preformy o grubości ścianek 500–800 µm są drukowane, odrywane, spiekane i rozciągane do włókien, które już prowadzą światło na przestrzeni kilometrów. Ogranicznik prądu przy bardzo niskim tłumieniu to niewielkie odchylenie geometrii wynikające z pozostałości żywicy i czystości; postępują prace nad strategiami mycia, spiekaniem o wysokiej czystości z użyciem chloru i projektami preform zoptymalizowanych pod kątem włókien. W przypadku optyki drukowanej Glassomer współpracuje nad heterogenicznymi strategiami naświetlania, aby wyeliminować chodzenie po schodach i uzyskać gładkie, optycznie przejrzyste powierzchnie bezpośrednio z drukarki.
Jeśli chodzi o formowanie wtryskowe, Glassomer dostarcza części o większej objętości, w przypadku których liczy się replikacja i wyrównanie powierzchni: optyka z oświetleniem UVC (~250 nm), mikrosoczewki, precyzyjne rowki w kształcie litery V (±2 µm przy skoku 250 µm) i dysze do pipetowania 200 µm utrzymywane w zakresie ±2 µm. Firma wprowadziła również nieprzezroczystą „czarną” topioną krzemionkę do zintegrowanego blokowania światła i zademonstrowała współformowanie 2K przezroczystej/czarnej krzemionki w pojedynczy spiekany komponent. Poza przemysłem luksusowy dom Boucheron zaprezentował limitowany szklany pierścień „5D” wyprodukowany przez Glassomer, z napisem wykonanym za pomocą lasera femtosekundowego używanym do wbudowanego przechowywania danych, będący przykładem form i funkcji odblokowywania szkła AM oraz form i funkcji nieosiągalnych w przypadku konwencjonalnego kształtowania szkła.
Ucieczka z równiny: geometrie TPMS dla urządzeń wykorzystujących energię ze stałego tlenku
Profesor DTU Vincenzo Esposito argumentował, że funkcjonalno-ceramiczne urządzenia energetyczne muszą wymknąć się produkcji na „płaskim terenie” i zostać przeprojektowane tak, aby przypominały prawdziwe architektury 3D. Koncentrując się na technologii ogniw ze stałym tlenkiem (SOC/SOEC), stwierdził, że stosowane w tej dziedzinie laminowane stosy odlewane taśmą narzucają kosztowne i delikatne interfejsy oraz marnotrawstwo etapów procesu. Zamiast tego jego grupa wykorzystuje potrójne okresowe minimalne powierzchnie (TPMS) drukowane w wysokiej rozdzielczości do tworzenia monolitycznych rusztowań łączących gęste i porowate obszary oraz oddzielających ścieżki paliwowe i powietrzne w trzech wymiarach – podejście inspirowane mikrostrukturami kości.
Prototypy zbudowane na najnowocześniejszych drukarkach ceramicznych zostały zamknięte w obudowie, a następnie sfunkcjonalizowane poprzez impregnację obu stron konwencjonalnymi chemikaliami elektrod, unikając współdrukowania wielu materiałów. Wczesne testy z użyciem standardowych systemów typu tlenek cyrkonu/LSM wykazały gwałtowny wzrost gęstości mocy przy znacznie lepszych właściwościach mechanicznych: geometrie TPMS rozprowadzają naprężenia, odkształcenia międzypłaszczyznowe cięcia i są z natury bardziej tolerancyjne na obciążenia termiczne i mechaniczne niż stosy płaskie. Esposito zauważył, że należy ponownie przemyśleć metrologię i stanowiska badawcze, ponieważ ustalone osprzęt i protokoły zakładają płaskie ogniwa.
Rozszerzając tę koncepcję, jego zespół wydrukował bezołowiowy piezoelektryczny układ TPMS, aby stworzyć elektromechaniczne metamateriały wykazujące niezwykłe działanie, w tym ujemne reakcje typu Poissona, umożliwiając kompaktowe pompy i siłowniki ze złożonymi polami odkształceń 3D. W dyskusji Esposito stwierdził, że materiały pozostają głównym nurtem i konkurencyjne cenowo, argumentem wartościowym jest większa gęstość mocy i solidność, a nie zastąpienie taniego odlewania taśm, a następnymi krokami są zwiększanie skali, monitorowanie na miejscu i projekty oparte na zastosowaniach, w których produkcja przyrostowa umożliwia części, „których nie da się wytworzyć w inny sposób”.
Projekt AM Ceramics 2025, obejmujący aeronautykę, optykę i systemy energetyczne, zilustrował dziedzinę stale wyrastającą z eksperymentalnych początków. Przykłady Safran, Glassomer i DTU niewiele mają wspólnego pod względem zastosowań, ale zbiegają się na podobnej trajektorii: trasy addytywne nie gonią za wolumenem samym w sobie, ale umożliwiają architektury, do których nie docierają konwencjonalne procesy. Każdy przypadek przedstawiał ceramikę AM nie jako tańszy zamiennik, ale jako drogę do wyższej temperatury, większej precyzji lub prawdziwie nowej geometrii urządzenia, co uzasadniało złożoność, a nie próbowało ją ukryć.
Pozostaje przełom nie tyle materialny, ile organizacyjny. Zaufanie będzie opierać się na przejrzystych surowcach, kwalifikowanych łańcuchach dostaw, spójnej kontroli, a przede wszystkim demonstratorach, które udowodnią wartość w środowiskach użytkowania końcowego. Jak zauważył Homa, technologia ma już swoją społeczność; stojące przed nami zadanie polega na przekształceniu tej społeczności w spójny ekosystem przemysłowy, w którym ceramika może być wykorzystywana dlatego, że działa, a nie dlatego, że jest nowa.
The Nagrody branży druku 3D wrócili. Zgłoś swoje nominacje już teraz.
Prowadzisz start-up zajmujący się drukiem 3D? Dotrzyj do czytelników, potencjalnych inwestorów i klientów za pomocą Start-up roku w branży druku 3D konkurs.
Aby być na bieżąco z najnowszymi wiadomościami dotyczącymi druku 3D, nie zapomnij zapisać się do Biuletyn branży druku 3D lub śledź nas dalej Linkedin.
Wyróżnione zdjęcie przedstawia dyrektora generalnego Johannesa Homę Lithoza otwierającego AM Ceramics 2025. Zdjęcie za pośrednictwem Lithoz.
