Il nitruro di silicio nella stampa 3D
Uno dei punti di forza della produzione additiva è che è compatibile con un’ampia gamma di materiali, dai polimeri ai metalli, passando per il calcestruzzo o anche paste alimentari. La tecnologia è sempre più utilizzata anche con la ceramica, specialmente nelle sue varianti tecniche. La stampa 3D ceramica offre infatti numerosi vantaggi in diversi settori. Se zirconia e allumina sono le più comuni sul mercato, un’altra ceramica tecnica è sempre più sotto i riflettori: si tratta del nitruro di silicio, una ceramica non ossidica che offre proprietà termomeccaniche estremamente interessanti. Ma quali sono le proprietà del nitruro di silicio nella stampa 3D? Te ne parliamo più nel dettaglio!
Il nitruro di silicio (Si3N4) si ottiene riscaldando una polvere di silicio in atmosfera di azoto. Si tratta di una delle ceramiche tecniche più dure e resistenti sul mercato. Con una bassa densità, presenta una buona resistenza agli shock termici nonché un’eccellente resistenza all’usura e alla corrosione. Il nitruro di silicio può sopportare un riscaldamento molto elevato seguito da un raffreddamento rapido senza creparsi. È quindi una ceramica particolarmente interessante per tutte le applicazioni di brasatura e saldatura.
Scambiatore termico stampato in 3D con nitruro di silicio (crediti foto: 3DCeram)
Come si utilizza il nitruro di silicio nella stampa 3D?
Come la maggior parte delle ceramiche tecniche sul mercato, il nitruro di silicio si trova in diverse forme, permettendo l’uso di diversi processi di stampa 3D per progettare pezzi complessi. Innanzitutto, è possibile ricorrere all’estrusione di materiale, più specificamente a una stampante 3D per pellet. Per quanto riguarda l’utilizzo di filamenti, i produttori sono più rari ma esistono alcune termoplastiche come quelle di Spectrum Filaments. Si legge sul loro sito che “il contenuto organico del filamento è pari a circa il 21,5%.”
La stereolitografia offre maggiori possibilità: si trova infatti il nitruro di silicio sotto forma di resina. Il processo consente di ottenere più dettagli e precisione, puntando al contempo su un’elevata densità. Dopo la stampa, tuttavia, sarà necessario procedere a una fase di pulizia del pezzo per rimuovere l’eccesso di resina; poi a una fase di polimerizzazione per conferire al pezzo le sue proprietà finali e densificare la ceramica. Tra i produttori di macchine che offrono il nitruro di silicio, troviamo la francese 3DCeram o l’azienda Lithoz.
Infine, alcuni lavori di ricerca dimostrano che è possibile utilizzare anche il Binder Jetting per progettare pezzi con nitruro di silicio, sebbene questa pratica sembri ancora limitata al momento.
Crediti foto: 3DCeram
Le applicazioni possibili
In sintesi, data la sua resistenza a temperature molto elevate, il nitruro di silicio è interessante in numerosi settori. Ad esempio, la ceramica è impiegata nell’automotive per progettare alcune parti del motore o per la realizzazione di componenti per cuscinetti.
Nel mercato della stampa 3D, il nitruro di silicio interessa in particolare il settore aerospaziale, alla ricerca di durezza, leggerezza e resistenza termica. È anche utilizzato per stampare semiconduttori o ancora componenti per pompe e valvole grazie alla sua resistenza a liquidi e gas.
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*Crediti foto di copertina: Höganäs Germany GmbH