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4 façons dont les technologies d’impression 3D en céramique ouvrent la voie à l’avenir – ImpressionEn3D.com

L’impression 3D en céramique a toujours été une application populaire de la fabrication additive, mais toujours dans des marges relatives par rapport aux thermoplastiques ou aux métaux. Naturellement, les métaux et les plastiques occupent une place importante dans notre vie quotidienne, il n’est donc pas étonnant qu’ils occupent également davantage le monde de la fabrication additive. La céramique, si une grande partie de la plupart de nos appareils ménagers quotidiens, est moins souvent fabriquée de manière additive. Pourtant, les technologies d’impression 3D céramique gagnent en popularité et peuvent être assez impressionnantes, comme l’ont prouvé de récents projets de recherche.

En raison de certaines des propriétés uniques que fournissent les matériaux céramiques, comme les argiles ou les composés de silicium, les composants technologiques d’impression 3D peuvent être très fructueux. De telles technologies peuvent avoir des applications médicales importantes, des propriétés électriques ou des capacités à renforcer certains types de formes d’onde, par exemple. Dans cet article, nous examinerons quatre exemples incroyables de telles applications provenant de différents secteurs.

Dispositifs d’énergie électro-céramique imprimés en 3D

La céramique peut être un matériau utile pour composer divers types de cellules à oxyde solide supportées par électrolyte. Traditionnellement, ces SOEC (cellules d’électrolyse à oxyde solide) présentent certaines limitations en termes de forme physique et de forme. Cependant, l’impression 3D permet aux concepteurs de contourner ces obstacles et de créer de nouvelles formes offrant des solutions énergétiques simples et personnalisées. Comme le montre l’image ci-dessus, la cellule de droite (développée par des chercheurs de l’Institut catalan pour la recherche énergétique) offre une forme ondulée qui permet une augmentation de 57% des performances en mode pile à combustible et co-électrolyse.

Ce mode de production n’est pas seulement efficace pour créer cette forme unique, mais offre plutôt un modèle pour la personnalisation de masse, le prototypage rapide et le développement de plusieurs configurations différentes qui pourraient être bénéfiques pour les appareils à économie d’énergie. C’était un style de conception radicalement nouveau qui n’aurait pas été possible sans la fabrication additive et sa capacité à créer rapidement et facilement des formes non conventionnelles.

De même, un autre test a montré que l’impression SLA peut créer ces structures ondulées, améliorant ainsi l’efficacité des piles à combustible et des cellules d’hydrolyse. La production de ces expériences a été réalisée à l’aide du CERAMAKER de 3DCeram. Les chercheurs anticipent un fort impact de ces conceptions dans «générations futures de cellules à oxyde solide et, plus généralement, dans tout dispositif de conversion ou de stockage d’énergie à l’état solide».

Implants médicaux en céramique imprimés en 3D

Alors que toutes les formes d’impression 3D et l’industrie médicale ont eu une confluence importante, l’impression 3D céramique offre des avantages uniques à de multiples domaines de la santé. Un tel exemple vient d’Admatec et CAM Bioceramics, qui ont développé des céramiques réabsorbables pour le développement des os. En utilisant l’hydroxyapatite, Admatec et ses partenaires peuvent fabriquer des implants biorésorbables spécifiques au patient, qui ont des structures et des géométries de pores définies. En utilisant de telles biocéramiques, ils peuvent également créer des canaux, des géométries et des structures en treillis et en nid d’abeilles beaucoup plus complexes, imprégnant des implants et des appareils médicaux de toutes sortes de propriétés mécaniques.

La société autrichienne de fabrication additive céramique Lithoz a également consacré beaucoup de temps et de fonds de recherche au développement de produits dentaires et d’implants. À cet égard, non seulement les céramiques sont durables et maintiennent la stabilité tout en possédant des performances mécaniques élevées, mais leur impression 3D entraîne un gaspillage de matériau inférieur, une personnalisation améliorée et une plus grande liberté de conception. Les entreprises céramiques utilisées par Lithoz sont également optimisées médicalement, même si beaucoup sont en attente de certification ISO.

Un autre exemple de céramique dans le domaine médical est celui des réseaux de micro-piliers, qui peuvent être utilisés comme transducteurs pour des applications en imagerie médicale et en évaluation non destructive. Ces piliers sont beaucoup plus faciles à produire de cette manière et offrent des formes alternatives bien meilleures par rapport aux méthodes de fabrication traditionnelles. Les principaux éléments du tableau sont généralement conçus avec des géométries plus simples, telles que des cubes ou des rectangles, limitant les applications potentielles. La technologie de stéréolithographie basée sur une projection d’image de masque (MIP-SL) est particulièrement utile dans la production de telles structures.

Céramiques imprimées 4D et meilleurs capteurs

L’impression céramique a également connu une croissance importante dans les applications liées au développement de capteurs de différents types. Ceux-ci peuvent être vus dans des secteurs aussi divers que la communication, le développement de réseaux 5G et même les voyages dans l’espace. L’un de ces projets a été une gracieuseté de la City University Hong Kong et de son travail avec des céramiques imprimées 4D qui peuvent modifier la forme, les propriétés et la taille en fonction des stimuli externes.

Outre ces propriétés mécaniques, les céramiques 4D ont une faible perte diélectrique et peuvent être conçues avec une excellente stabilité thermique des propriétés diélectriques. En conséquence, ils ont tendance à faire de bons appareils électroniques ou capteurs avec l’avantage supplémentaire qu’il peut être assez facile d’y ajouter des composants métalliques. Ils apportent également de nombreuses propriétés magnétiques et d’absorption. Cela leur donne même un potentiel assez décent en tant que matériaux pour les téléphones portables et les routeurs.

L’équipe de Hong Kong a développé la céramique en tant que substance extrêmement élastique qui pouvait être imprimée correctement. Le matériau lui-même utilise un mélange de céramiques et de polymères, ce qui rend sa structure plus douce et malléable, tout en ayant une durabilité élevée. De telles céramiques ont également une résistance aux températures élevées en plus de toutes ces capacités de traction souhaitables. Pas étonnant que les chercheurs les considèrent comme idéaux pour les appareils de chauffage non métalliques et la technologie de propulsion.

Les chercheurs ont également utilisé des céramiques extensibles et durables pour développer de nouveaux types d’électronique piézoélectrique. Ceux-ci sont utiles dans la fabrication de capteurs pour l’imagerie acoustique et la récupération d’énergie, parmi de nombreuses autres applications. Ces technologies se heurtent à des obstacles avec les méthodes de fabrication traditionnelles telles que la gravure et le découpage en dés, tandis que l’impression 3D permet des géométries complexes avec des résolutions élevées. Un autre inconvénient majeur de la fabrication traditionnelle est que les contraintes mécaniques causées par les processus d’usinage traditionnels peuvent entraîner l’arrachement des grains, la dégradation de la résistance et la dépolarisation de certains aspects du produit, ce qui entraînera une dégradation significative des performances des dispositifs piézoélectriques. Inversement, les conceptions imprimées en 3D de toutes sortes peuvent être fournies par des fabricants ou des services de prototypage rapide à des vitesses bien meilleures avec beaucoup moins de post-traitement manuel (le cas échéant).

Optique imprimée en céramique

La céramique transparente est largement utilisée pour les équipements optiques et la céramique imprimée en 3D fait son chemin dans cette industrie cruciale. Les principaux avantages que l’impression 3D apporte à ce processus de production particulier sont l’automatisation et la précision améliorées. Traditionnellement, la production d’optiques impliquait des processus manuels et automatisés, ce qui la rendait à la fois laborieuse et sujette à des inexactitudes. Ce n’est pas le cas de la fabrication additive, qui apporte plus de vitesse et de prototypage rapide à la table pour les optiques céramiques imprimées en 3D.

De plus, la fabrication d’optiques et de miroirs avec d’autres méthodes telles que le fraisage peut gaspiller jusqu’à 80% de matière en plus – ainsi que la myriade d’avantages communs que la FA apporte comme des poids réduits, des géométries complexes et de meilleurs délais, cela réduit les coûts et les risques encourus tout au long du processus de fabrication . Des programmes et des processus comme ceux développés par 3DCeram ont permis aux concepteurs de personnaliser leurs optiques de toutes sortes de manières, produisant de nouvelles formes.

De plus, cela permet également de fabriquer des optiques à partir de nombreuses sortes de matériaux céramiques, parfois avec une seule machine. Ces matériaux peuvent altérer les propriétés mécaniques et conférer à l’optique des fonctions différentes, des applications aérospatiales aux lasers à haute énergie. Différents matériaux peuvent conférer à un outil optique des propriétés mécaniques et thermiques, une rigidité et une densité différentes, entre autres caractéristiques.

Il existe également des méthodes d’impression 3D plus rapides, comme la stéréolithographie en céramique ou en verre, qui peuvent créer de telles optiques en cinq heures. Ceux-ci offrent également la possibilité de creuser des sections, permettant une fonction différente pour l’optique, ce qui les rend utiles pour des industries aussi diverses que les applications biomédicales, structurelles ou de systèmes énergétiques, parmi beaucoup d’autres. Ils peuvent même créer des structures internes complexes qui augmentent la résistance sans augmenter le poids.

Il est facile de comprendre pourquoi de plus en plus d’entreprises et d’institutions se tournent vers l’utilisation de nouvelles méthodes céramiques pour leur immense qualité, leur gain de temps et leur rentabilité. Toutes ces capacités placent l’impression céramique au premier plan, montrant tout son potentiel pour les applications industrielles et médicales.

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