{"id":7319,"date":"2023-05-15T00:01:25","date_gmt":"2023-05-14T22:01:25","guid":{"rendered":"https:\/\/www.3dnatives.com\/it\/?p=7319"},"modified":"2023-05-19T18:10:42","modified_gmt":"2023-05-19T16:10:42","slug":"stampa-3d-ceramica-aerospaziale-lithoz-150520239","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.3dnatives.com\/it\/stampa-3d-ceramica-aerospaziale-lithoz-150520239\/","title":{"rendered":"La stampa 3D in ceramica per ottenere strutture aerospaziali complesse"},"content":{"rendered":"

La ricerca di materiali e processi nuovi e sempre pi\u00f9 performanti \u00e8 al centro dell\u2019interesse dell\u2019industria oggi come non mai. Tra tutte, quella che probabilmente \u00e8 la pi\u00f9 propensa alla ricerca e all\u2019innovazione \u00e8 l\u2019industria aerospaziale. Con l\u2019introduzione di requisiti sempre pi\u00f9 stringenti, le esigenze del settore stanno cambiando velocemente e le nuove tecnologie che portano un modo diverso e spesso pi\u00f9 efficiente di rispondere alle attuali problematiche sono non solo accolte, ma richieste. La produzione additiva \u00e8 per questi motivi sempre pi\u00f9 utilizzata per le applicazioni aerospaziali<\/a>. Nel dettaglio, secondo il rapporto di Research and Markets<\/a>, il valore della stampa 3D nel mercato aerospaziale e della difesa \u00e8 stato valutato a 1.915,51 milioni di dollari nel 2021 e si prevede che registrer\u00e0 un CAGR di oltre il 24% tra il 2022 e il 2027.<\/p>\n

Tra i principali cambiamenti e benefici che le tecnologie additive stanno portando in atto nel settore aerospaziale ci sono la produzione di parti pi\u00f9 leggere, resistenti e complesse; la libert\u00e0 di progettazione; possibilit\u00e0 di unire pi\u00f9 parti in un unico pezzo; la riduzione dello spreco di materie prime estremamente costose e l\u2019efficienza di costi e risorse. Se guardiamo ai materiali innovativi, utilizzabili grazie alla stampa 3D, quello che sta acquistando maggior successo \u00e8 la ceramica. Questa ha dimostrato di avere le propriet\u00e0 necessarie per rispondere alle esigenze dell\u2019industria e agli elevati standard richiesti nelle applicazioni aerospaziali. Tra le aziende che hanno puntato sulla produzione additiva in ceramica c\u2019\u00e8 il produttore austriaco Lithoz che ha sviluppato la tecnologia Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM) per produrre parti complesse ad alta risoluzione. L\u2019azienda ha raddoppiato la vendita delle sue soluzioni di stampa 3D in ceramica e il fatturato nell\u2019anno 2022, dimostrando l\u2019interesse del mercato per questa tecnologia in diversi settori, principalmente quelli medicale e aerospaziale.<\/p>\n

\"lithoz\"

Una parte in ceramica stampata in 3D.<\/p><\/div>\n

Vantaggi dell\u2019uso della ceramica per applicazioni aerospaziali<\/h3>\n

Lo studio \u201c3D Printing Ceramics 2022-2032: Technology and Market Outlook<\/a>\u201d, ha messo in evidenza la crescita del valore del mercato della stampa 3D ceramica (stimato a 400 milioni di dollari entro il 2023) e che settori come l\u2019aerospaziale, la difesa, l\u2019ingegneria dentale e chimica sono i pi\u00f9 interessati alla produzione additiva in ceramica, principalmente per pezzi in piccola serie. La ceramica, dunque, \u00e8 uno dei materiali su cui l\u2019industria aerospaziale ha volto il suo interesse. Innanzitutto, per le sue propriet\u00e0 eccellenti come l\u2019elevata resistenza al calore, all\u2019ossidazione, o la stabilit\u00e0 meccanica e dimensionale che la rendono altamente efficiente e adatta all’uso in condizioni estreme. Si tratta, di fatti, di un materiale candidato per la costruzione di veicoli spaziali di nuova generazione, in particolare per quelle parti del velivolo esposte a forti stress. Ovviamente ci riferiamo ai cosiddetti materiali ceramici avanzati o ceramiche tecniche<\/a>. Tra i pi\u00f9 interessanti per le propriet\u00e0 sopracitate sicuramente ci sono (Al2O3), nitruro di silicio (Si3N4), carburo di silicio (SiC), zirconia (ZrO2). Tramite la stampa 3D \u00e8 possibile lavorare anche ceramiche ad altissima temperatura (UHTC), le cui propriet\u00e0 sono estremamente ricercate in questo settore.<\/p>\n

Le ceramiche stanno anche sostituendo alcuni dei materiali tradizionalmente utilizzati nel settore aerospaziale, come i metalli. Infatti, anche se i metalli restano i materiali pi\u00f9 diffusi nel settore, il loro uso \u00e8 messo oggi in discussione per alcune applicazioni. L\u2019esigenza di creare, ad esempio, propulsori spaziali pi\u00f9 efficienti, di ridurre i detriti spaziali (dovuti al fatto che le parti in metallo si usurano rapidamente) o di creare anime da fonderia per l’aviazione pi\u00f9 precise e complesse ha portato alla ricerca di materiali alternativi. La ceramica offre oggi delle possibili soluzioni e concrete a queste problematiche per la sua capacit\u00e0 di usurarsi pi\u00f9 lentamente e, in abbinamento con la produzione additiva, per ottenere parti pi\u00f9 dettagliate. La stampa 3D in ceramica rappresenta oggi un enorme potenziale per il settore aerospaziale, come dimostrato dalle numerosi applicazioni della tecnologia LCM di Lithoz. Tra queste, uno degli esempi pi\u00f9 significativi che abbiamo gi\u00e0 precedentemente presentato, \u00e8 stata la produzione di un ugello per motore Aerospike stampato in 3D da Lithoz<\/a> in nitruro di silicio. Capace di resistere a importanti shock termici, l\u2019ugello ha superato tutti gli stress test resistendo anche a temperature maggiori ai 1200 \u00b0C.<\/p>\n

\"nozzle\"

L’ugello del motore Aerospike stampato in 3D.<\/p><\/div>\n

La tecnologia LCM per ottenere parti complesse e alta risoluzione<\/h3>\n

Nell’industria ceramica, la precisione e l’accuratezza sono fondamentali, poich\u00e9 un singolo piccolo difetto pu\u00f2 portare al completo fallimento del pezzo e quindi dell’applicazione. Non a caso, i valori fondanti di Lithoz sono resistenza e precisione. Nel corso della sua esperienza ultradecennale, l’azienda \u00e8 stata in grado di perfezionare la propria tecnologia fino ad ottenere la “tolleranza zero” all’errore.<\/p>\n

La Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM) di Lithoz \u00e8 una tecnologia che si basa sulla fotopolimerizzazione<\/a>. In particolare, la stampante 3D CeraFab va a erogare automaticamente in un vassoio trasparente un composto liquido caricato con la ceramica (slurry). Il piano di stampa muovendosi dall\u2019alto verso il basso, viene esposto selettivamente alla luce blu posizionata al di sotto. L’immagine a strati viene prodotta tramite un dispositivo digitale a micro-specchio (DMD) in combinazione con un sistema di proiezione all’avanguardia. Cos\u00ec facendo si crea strato per strato l\u2019oggetto \u201cverde\u201d. ll processo richiede una fase di post-processing termico, in cui il legante viene rimosso e i componenti vengono sinterizzati, ottenendo cos\u00ec componenti in ceramica ad alta densit\u00e0, la propriet\u00e0 pi\u00f9 importante di una parte in ceramica “perfetta” e resistente.<\/p>\n

Il vantaggio di questa procedura \u00e8 che l’intera superficie viene esposta contemporaneamente, con tolleranza zero sull’intera piattaforma di costruzione. Ci\u00f2 significa che i pezzi vengono riprodotti con coerenza e precisione sull’intero piano di stampa, indipendentemente dal punto del piatto in cui vengono stampati. Questa precisione di esposizione \u00e8 ci\u00f2 che consente di ottenere microstrutture estremamente complesse.<\/p>\n

Le soluzioni di stampa 3D di Lithoz presenti oggi sul mercato sono ben otto, declinate nelle varie alternative della macchina CeraFab e tutte con un proprio punto di forza: ad esempio, la\u00a0CeraFab S25 \u00e8 stata progettata specificamente per ottenere una risoluzione elevata, precisa fino a 25\u00b5m. \u00c8 interessante notare che la tecnologia inizia ad essere utilizzata dunque non solo per piccoli lotti, ma anche per la produzione in scala. \u00c8 il caso, ad esempio, dell\u2019azienda Steinbach AG, che ha utilizzato la soluzione CeraFab System di Lithoz per la produzione in serie di tubi chirurgici. La configurazione particolare dei tubi ha richiesto l\u2019uso della produzione additiva per la prototipazione fino alla produzione del prodotto finale. Steinbach \u00e8 stato capace di produrre 12.000 pezzi all’anno, dimostrando l’efficacia dell\u2019Additive Manufacturing nello scalare la produzione anche a livello seriale.<\/p>\n

\"cerafab\"

La gamma di stampanti 3D CeraFab di Lithoz.<\/p><\/div>\n

Ottimizzare componenti aerospaziali con la stampa 3D in ceramica<\/b><\/h3>\n

Come gi\u00e0 menzionato, la possibilit\u00e0 di unire le propriet\u00e0 della ceramica con la flessibilit\u00e0 della stampa 3D \u00e8 sicuramente uno dei principali vantaggi dell\u2019uso della tecnologia nel settore aerospaziale. Poter personalizzare con precisione il design di un componente, modificandone la struttura e persino aggiungendo determinate funzionalit\u00e0, \u00e8 qualcosa che gli attori del settore cercano quando si tratta di produrre parti complesse che i metodi tradizionali non sono capaci di ottenere.<\/p>\n

Un esempio pratico \u00e8 la produzione di filtri RF (filtri a radiofrequenza). I filtri RF sono circuiti elettronici che servono a filtrare e migliorare la qualit\u00e0 del segnale e a ridurre le interferenze nei sistemi di comunicazione satellitare o nei sistemi radar. In questo contesto la stampa 3D in ceramica consente di realizzare nuove forme di risonatori di diversi ordini e larghezze di banda, che possono essere incorporati in un singolo componente, ottimizzando le prestazioni, l’affidabilit\u00e0 e la durata.<\/p>\n

\"rf

A sinistra un filtro RF e, a destra, il risonatore stampati in 3D in ceramica. Il risonatore pu\u00f2 essere stampato in diverse grandezze.<\/p><\/div>\n

Perch\u00e9 dunque realizzarli in ceramica? Nell’industria aerospaziale, i filtri RF svolgono un ruolo fondamentale nel garantire comunicazioni affidabili e precise nelle bande ad alta frequenza. A causa delle difficili condizioni ambientali a cui devono resistere, questi filtri devono essere altamente performanti e soddisfare severi requisiti di affidabilit\u00e0 e prestazioni. Le propriet\u00e0 desiderabili dei materiali ceramici li rendono perfettamente adatti a soddisfare questi requisiti, consentendo anche di ridurre il peso dei filtri, un fattore cruciale nelle applicazioni aerospaziali. Inoltre, i filtri ceramici mostrano una buona stabilit\u00e0 nel tempo e alla temperatura, garantendo prestazioni affidabili e costanti per un lungo periodo di tempo.<\/p>\n

Controllare la microstruttura dei componenti in ceramica<\/h3>\n

Un altro vantaggio incredibile offerto dalla stampa 3D in ceramica per le applicazioni pi\u00f9 complesse \u00e8 la possibilit\u00e0 di controllare la microstruttura del materiale e modularne la porosit\u00e0. Questo ad oggi \u00e8 un limite per le tecniche di produzione convenzionali. Inoltre, con la tecnologia LCM di Lithoz, grazie al suo sistema a due vasche, \u00e8 anche possibile la stampa 3D multi-materiale e ottenere ceramiche a gradazione funzionale. Questo sistema consente non solo di assegnare un materiale a qualsiasi strato desiderato, ma anche di utilizzare materiali diversi in ogni strato assegnando i rispettivi materiali a pixel selezionati dell’immagine dello strato. Un esempio sono i componenti realizzati in ossido di alluminio da Lithoz con il Fraunhofer IGD. I pezzi realizzati nell\u2019ambito di una ricerca, presentano un’elevata complessit\u00e0 perch\u00e9 denso e poroso sono stati realizzati in un\u2019unica parte e con un gradiente definito. Ci\u00f2 \u00e8 rilevante per stampare in 3D ad esempio dei catalizzatori complessi per applicazioni aerospaziali.<\/p>\n

\"lithoz\"

Parti dimostrative con una gradazione da densa a porosa per applicazioni in diversi campi, come catalizzatori, filtri o strutture ossee.<\/p><\/div>\n

Tutti questi esempi dimostrano che, utilizzando la produzione additiva per migliorare le propriet\u00e0 dei componenti ceramici, \u00e8 possibile aumentarne la complessit\u00e0 e, di conseguenza, migliorarne l’efficienza. Questo approccio apre anche nuove possibilit\u00e0 di ricerca nel settore aerospaziale. Con la tecnologia LCM di Lithoz \u00e8 possibile ottenere una maggiore complessit\u00e0 e risoluzione rispetto ad altri processi presenti sul mercato, il che la rende ideale per i requisiti sempre pi\u00f9 elevati in termini di geometrie dei componenti aerospaziali. Per saperne di pi\u00f9 su Lithoz e la sua tecnologia: QUI<\/a>.<\/p>\n

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Crediti per tutte le foto: Lithoz<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

La ricerca di materiali e processi nuovi e sempre pi\u00f9 performanti \u00e8 al centro dell\u2019interesse dell\u2019industria oggi come non mai. Tra tutte, quella che probabilmente \u00e8 la pi\u00f9 propensa alla ricerca e all\u2019innovazione \u00e8 l\u2019industria aerospaziale. 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