Lithoz, ведущий разработчик промышленных керамических 3D-принтеров, стремился сформировать будущее 3D-печати из нескольких материалов с помощью своей системы CeraFab Multi 2M30 с момента ее запуска в 2020 году.

Работая по технологии изготовления керамики на основе литографии (LCM), машина отличается способностью печатать двумя материалами одновременно. Сюда входят металлокерамические, керамически-полимерные и керамически-керамические комбинации.

Однако, в отличие от обычных систем, состоящих из нескольких материалов, Multi 2M30 разработан для облегчения зарождения функционально дифференцированных структур. Это уникальное направление, выбранное Lithoz, прокладывает путь для разработки новых приложений в аэрокосмической отрасли, электронике, энергетике, здравоохранении и многом другом. Станок можно даже использовать как открытую систему для клиентов, чтобы они могли разрабатывать свои собственные материалы.

Помимо многокомпонентной 3D-печати

Помимо простого изготовления деталей из нескольких материалов, 2M30 также можно использовать для 3D-печати структур с функциональной градацией. При одновременной печати двумя материалами система может программировать постепенные изменения состава и микроструктуры сборки. По сути, одна часть детали может быть напечатана одним материалом, а другая часть другим материалом. Два материала можно даже комбинировать в пределах одного слоя, что приводит к компонентам с различным сочетанием механических и функциональных свойств.

Итак, какие свойства возможны? Благодаря обширной экосистеме материалов Lithoz, детали могут быть как пористыми, так и плотными, биорезорбируемыми и биоинертными, твердыми и пластичными, проводящими и изолирующими тепло и электричество, магнитными и немагнитными, прозрачными и непрозрачными, а также многофункциональными.

Например, может потребоваться, чтобы автомобильный компонент выдерживал растягивающую нагрузку на одном конце и сжимающую нагрузку на другом конце. Деталь, подобная этой, будет подвергаться различным нагрузкам в зависимости от зоны нагрузки, поэтому для оптимизации ее характеристик требуется специальное сочетание градуированных свойств, таких как прочность на растяжение и ударная вязкость. Вместо 3D-печати детали из одного материала или двух отдельных частей, которые необходимо собрать, 2M30 может просто напечатать два конца из разных материалов, наиболее подходящих для их роли.

Еще одним важным претендентом является электронная промышленность, где проводящие/непроводящие сборки будут иметь большое значение. Клиент Multi 2M30 мог напечатать электрические контакты устройства с помощью 3D-печати из проводящего металла и изолирующего корпуса из непроводящего керамического материала, объединив сборку в одну монолитную деталь без потери какой-либо функциональности.  Диэлектрические материалы также могут быть уложены друг на друга с печатными схемами, нанесенными сверху или даже внутри компонента, что приводит к плотным трехмерным схемам.

Одной из компаний, которая уже осознала огромный потенциал машины, является Compound Semiconductor Applications (CSA) Catapult, которая недавно получила первый в Великобритании Multi 2M30 от Lithoz. Будучи поддерживаемым государством исследовательским институтом, базирующимся в Уэльсе, CSA Catapult будет использовать принтер для разработки ранее невозможных многокомпонентных полупроводниковых устройств.

«3D-принтер CeraFab Multi 2M30, часть инвестиций DER в современное оборудование, является ценным дополнением к нашим передовым возможностям интеграции и упаковки полупроводников», — объясняет д-р Джаякришнан Чандраппан, руководитель отдела упаковки в CSA Catapult. «Это приобретение поможет нам разработать новые 3D-печатные детали из нескольких материалов для корпусов мощной и высокочастотной микроэлектроники, а средства печати из нескольких материалов позволят создать энергоэффективную, компактную и доступную упаковку».

Медь и стеклокерамика на основе оксида алюминия напечатаны на 3D-принтере Multi 2M30. Фото: Lithoz.

CeraFab Multi 2M30: как это работает?

Разработанный компанией процесс LCM, который некоторые считают отраслевым стандартом в керамической аддитивной полимеризации, представляет собой разновидность фотополимеризации в ваннах. Платформа сборки опускается в чан с керамической жидкостью, также известной как суспензия, и выборочно подвергается воздействию света снизу через цифровое микрозеркальное устройство (DMD), которое отверждает поперечное сечение первого слоя сборки. Этот процесс повторяется слой за слоем, пока 3D-деталь не будет напечатана. Компоненты также должны быть спечены после печати.

В отличие от других 3D-принтеров фирмы, CeraFab Multi 2M30 уникален тем, что имеет две ванны, а не одну, что позволяет использовать два материала для сборки с простым механизмом переключения. Система даже оснащена полностью автоматизированным этапом очистки, чтобы избежать перекрестного загрязнения при переходе от одного материала к другому.

Используя программное обеспечение CeraFab Control, материалы можно комбинировать в пределах отдельных Z-слоев, между слоями с определенными границами, между слоями с постепенными изменениями состава и любой их комбинацией для максимальной свободы дизайна.

Камера сборки 2М30. Фото: Lithoz.

На первом фото - Шестерня, напечатанная на 3D-принтере с использованием упрочненного цирконием оксида алюминия и оксида алюминия. Каждая зона имеет разные прочностные характеристики. Фото: Lithoz.

Источник