Ученые Института керамических технологий и систем Фраунгофера (Fraunhofer IKTS) сконструировали струйный 3D-принтер, способный печатать многофункциональные изделия из нескольких материалов одновременно, включая металлы и керамику.

Опытная аддитивная установка полагается на систему микродозаторов, наносящих нагретые до жидкого состояния смеси легкоплавкого термопласта с наполнителями из требуемых материалов — металлических или керамических порошков. Термопласт служит байндером — связующим веществом, поддерживающим форму заготовок до отжига и спекания в готовые изделия. Опытная система способна работать с четырьмя материалами одновременно.

Оборудование нагревает смеси до 100°С и наносит до тысячи микрокапель диаметром от трехсот микрон до одного миллиметра в секунду, формируя слои толщиной от ста до двухсот микрон. Линейная скорость печати достигает 60 мм/c. Текущая версия позволяет печатать заготовки размером до 200х200x180 мм. 

«В настоящее время мы можем работать с четырьмя разными материалами одновременно. Критически важный фактор здесь — это дозировка керамических и металлических смесей. Правильная дозировка — ключ к получению требуемых характеристик и функциональности конечного 3D-печатного изделия после спекания, включая прочность, тепло- и электропроводность», — рассказывает Уве Шайтхауэр, один из авторов проекта.

Один из вариантов применения технологии — 3D-печать интегрированных систем зажигания керамических двигателей для космических аппаратов. Камера сгорания должна выдерживать высокие температуры, так что керамика представляется логичным выбором. Благодаря возможности 3D-печати керамическими и металлическими материалами одновременно можно интегрировать токопроводящие элементы прямо в конструкцию двигателя. Более «приземленный» пример — 3D-печать безелей из двухцветной керамики для люксовых наручных часов. Еще один вариант — производство заготовок карбидного инструмента. Благодаря достаточно высокому разрешению 3D-печати это позволило бы сэкономить на постобработке режущего инструмента до готового вида. 

Рендер микродозирующей системы

Следующим этапом работ станет квалификация технологии для промышленного применения. Команда планирует представить доклад 16-17 сентября на онлайн-конференции Немецкого керамического общества. 

Источник