Trojrozměrný tisk žáruvzdorné keramiky otevírá nové možnosti

7. leden 2016

Odborníci z firmy HRL laboratories se sídlem v kalifornském Malibu vyvinuli speciální polymerní pryskyřici, která se po procesu trojrozměrného tisku či stereolitografického formování a následného vypálení takto vzniklého produktu stala velmi pevným a odolným keramickým materiálem.

Předměty z keramiky lze sice někdy pomocí trojrozměrné tiskové hlavice tisknout a tvarovat přímo, avšak nikoliv příliš přesně. Keramika také často mívá pro přímý 3D tisk velmi vysokou teplotu tání, v porovnání s polymery, kovy nebo se sklem. Takto vzniklé předměty také nebývají příliš odolné a mají tendenci praskat, jsou křehké.

Keramiku také nelze snadno klasickým způsobem odlévat či strojně obrábět, což značně omezuje tvary keramických předmětů. Proto by případná cesta přesného trojrozměrného tisku (neboli tzv. aditivního zpracování) keramických předmětů otevřela zcela nové možnosti, zejména pokud jde o geometrickou flexibilitu tvarů.

Odborníci z firmy HRL Laboratories zveřejnili 1. ledna 2016 v časopise Science podrobný postup, jakým lze vytvářet velmi komplexní, přesné a různorodé tvary předmětů z keramiky.

Výchozím materiálem pro stereolitografickou trojrozměrnou tiskárnu (v ceně asi 3000 dolarů) byl takzvaný prekeramický monomer či pryskyřice. Posléze byl vytištěný tvar z tohoto materiálu osvětlen zdrojem ultrafialového světla, čímž došlo k jeho polymerizaci, za zformování složitých 3D polymerních mikrostruktur, podobných sítím buněk.

Po vypálení těchto struktur v peci s argonovou atmosférou, za teploty téměř 1000 stupňů Celsia, vznikla keramika, se stejnými poměry tvarů a prakticky bez jakýchkoliv pórů, na bázi mikromřížky z křemíkového karbidu (podle vyjádření tvůrců však bude možné podobně vyrábět i jiné typy keramiky). Jen se trochu předvídatelným způsobem smrštila, ve všech směrech stejně (uniformně).

Tento materiál se ukázal jako mnohem pevnější (asi 10x) a odolnější než keramické pěny s podobnou hustotou. Vydrží navíc teploty nejméně do 1400 stupňů Celsia. Hodí se proto jako materiál pro extrémně namáhané součástky raketových či tryskových motorů, pro systémy tepelné ochrany u raket, nadzvukových letadel nebo kosmických lodí. Také pro výrobu hořáků, určených např. pro plynové elektrárny.

Další aplikace této keramiky si lze představit v oblasti elektroniky nebo mikroelektromechanických systémů (MEMS).

autor: Pavel Vachtl
Spustit audio