Tutto quello che c’è da sapere sulla stampa 3D di zirconia

La zirconia, o diossido di zirconio (ZrO₂), è un materiale ceramico cristallino noto per la sua eccellente resistenza agli urti e all’usura, oltre che per le sue qualità estetiche. Lavorata principalmente tramite lavorazione meccanica, in particolare per applicazioni dentali, la zirconia può anche essere stampata in 3D per creare forme più complesse. Ma quali sono i processi di produzione additiva compatibili? Quali caratteristiche specifiche devono essere considerate? Quali sono i vantaggi della stampa 3D della zirconia? Te lo spieghiamo qui!

La zirconia si ottiene riscaldando composti dello zirconio a temperature molto elevate. Lo zirconio è un elemento chimico scoperto nel 1789 dal chimico Martin Heinrich Klaproth, e fu isolato per la prima volta come metallo nel 1824. Il processo di calcinazione dello zirconio dà origine alla zirconia, che suscita grande interesse in molti settori industriali. Si tratta di una ceramica particolarmente resistente alla frattura, con buona biocompatibilità ed eccellente estetica. È spesso utilizzata per la realizzazione di protesi dentarie. La zirconia è resistente a sostanze chimiche, liquidi, gas, alte temperature e corrosione.

Pezzi stampati in 3D con il materiale LithaCon 3Y 210 di Lithoz (Crediti foto: Lithoz)

Zirconia stampata in 3D

Quando si parla di produzione additiva e zirconia, troviamo molte somiglianze con l’ossido di alluminio e l’allumina. La zirconia si presenta sotto forma di polvere, utilizzabile in diversi processi di stampa. Cominciamo con l’estrusione. In questo caso, la polvere è inglobata in un filamento plastico, il che significa che si tratta di un processo indiretto. Il pezzo che esce dalla stampante 3D non è quindi definitivo, poiché deve passare per le fasi di debinding e sinterizzazione per rimuovere la plastica. Deve essere pulito accuratamente e poi inserito in un forno per consolidare le particelle di zirconia, ottenendo così le proprietà finali del materiale. La sinterizzazione previene la formazione di difetti e microfratture nei pezzi, rafforzando il materiale.

La zirconia nella stampa 3D può essere trovata anche sotto forma di resina, grazie a processi di fotopolimerizzazione come SLA e DLP. Con questi metodi si possono ottenere parti precise e abbastanza dense in zirconia. In termini di densità, la zirconia è più densa dell’allumina, il che ne aumenta il peso complessivo. Anche in questo caso è richiesto un notevole post-processing.

Va notato che la zirconia è generalmente considerata più difficile da stampare rispetto all’allumina. Questa ceramica è anche spesso più costosa, anche se le sue caratteristiche sono abbastanza simili a quelle dell’ossido di alluminio.

La zirconia può essere stampata in 3D con diversi processi (Crediti foto: KUAIPRINT)

Applicazioni

Attualmente, la zirconia è particolarmente diffusa nel settore dentale: è un materiale bianco opaco, biocompatibile, con bassa conducibilità termica e gradevole dal punto di vista estetico. Questo lo rende ideale per protesi dentarie e corone. Più leggera dei metalli, imita perfettamente i denti naturali. Al momento, però, la zirconia viene lavorata meccanicamente piuttosto che stampata in 3D nel settore dentale, a causa di normative e certificazioni specifiche.

Se guardiamo alle applicazioni della zirconia nella stampa 3D, vale la pena citare il mercato medicale in senso più ampio. Combinata con la flessibilità della produzione additiva e le sue possibilità di personalizzazione, la biocompatibilità e la resistenza alla frattura del diossido di zirconio risultano particolarmente interessanti. Il materiale viene utilizzato anche in applicazioni per elettronica, gioielleria e produzione. La sua eccellente inerzia chimica e la resistenza agli urti sono particolarmente degne di nota.

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*Crediti immagine di copertina: Zetamix