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10 años de impresión cerámica en 3D: IDTechEx habla de su futuro

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Este año, la primera empresa que se introdujo en el panorama de la impresión cerámica en 3D, Lithoz, celebra su décimo aniversario. "Cuando creamos la empresa, nadie era capaz de realizar la fabricación aditiva de cerámica de alto rendimiento", declaró el Dr. Johannes Homa, director general de Lithoz. En los 10 años transcurridos desde la fundación de Lithoz, al menos otras 12 empresas han presentado sus propias impresoras 3D tipo industrial centradas en la cerámica o compatibles con ella.

¿Qué tecnologías se han puesto sobre la mesa en la impresión 3D de cerámica, la recién llegada a la fabricación aditiva? ¿Cuáles son sus ventajas y desventajas, oportunidades y amenazas? En su nuevo informe, "3D Printing Ceramics 2022-2032: Technology and Market Outlook", IDTechEx compara los procesos y tecnologías de impresión presentes en la fabricación aditiva de cerámica para responder a estas preguntas. De los muchos procesos de impresión 3D en el mundo de la fabricación aditiva, IDTechEx destaca especialmente los siguientes como líderes del mercado:

Fotopolimerización en cuba
El proceso de impresión más popular dentro de la fabricación aditiva de cerámica es la fotopolimerización en cuba (VPP), que incluye la estereolitografía (SLA) y el procesamiento digital de la luz (DLP). Tres de los líderes del mercado -Lithoz, Admatec y 3D Ceram- producen impresoras centradas en la cerámica con DLP (Lithoz/Admatec) o SLA (3D Ceram). En la impresión de cerámica basada en VPP, el polvo de cerámica se mezcla con resina de polímero curable por rayos UV para formar una pasta de cerámica; la cantidad exacta de cerámica incorporada varía en función de la cerámica utilizada. Después de la impresión, la pieza verde se despulpa primero en un horno para eliminar la resina de polímero. A continuación, la pieza verde se sinteriza en un horno para densificar la cerámica y producir la pieza final impresa.

Extrusión de material
La categoría de extrusión de material incluye la fabricación de filamento fundido o el modelado por deposición fundida (FFF/FDM), posiblemente la tecnología de impresión 3D más popular en todo el mundo. La FFF/FDM cerámica consiste en filamentos termoplásticos cargados al 50% con polvo cerámico, como alúmina o circonio, que se utilizan para la impresión 3D. Al igual que en la fotopolimerización en cuba, las piezas impresas se desmoldan y sinterizan para crear la pieza cerámica final. Aunque hay varios filamentos termoplásticos cerámicos en el mercado, la FFF/FDM no es el tipo de extrusión de material más popular en la fabricación aditiva de cerámica. Ese título pertenece a la extrusión de pasta, también conocida como extrusión de arcilla, una de las tecnologías de impresión 3D de cerámica más visibles en el mercado. En Internet se pueden encontrar fácilmente vídeos de impresoras de extrusión de pasta de fabricantes como 3DPotter, WASP y CERAMBOT. Lo más habitual es que las impresoras de extrusión de pasta se utilicen para imprimir arcilla en esculturas y cerámicas que luego se cuecen. No obstante, se está experimentando con las impresoras de extrusión de pasta para producir otros objetos cerámicos interesantes, como ladrillos de construcción o incluso casas.

Chorro de aglutinante
El chorro de aglutinante es la principal tecnología de impresión basada en el lecho de polvo presente en el panorama de la impresión 3D de cerámica. El chorro de aglutinante cerámico implica la deposición de gotas de aglutinante desde un cabezal de inyección de tinta sobre un lecho de polvo cerámico; este proceso de deposición continúa capa por capa hasta que se completa la pieza, tras lo cual ésta se desprende del lecho de polvo y se sinteriza. A diferencia de la fotopolimerización en cuba y la FFF, no se utilizan polímeros intermedios para producir la impresión cerámica. Dos líderes del mercado de la inyección de aglutinantes, ExOne y voxeljet AG, producen impresoras que no son exclusivas ni se comercializan para la impresión cerámica en 3D, pero que son compatibles con los polvos cerámicos. Por otro lado, existen impresoras de chorro de aglutinante de fabricantes como ComeTrue y Kwambio que están dirigidas a la fabricación aditiva de cerámica.

¿Qué pasa con las nuevas tecnologías innovadoras?

El panorama tecnológico de la fabricación aditiva de cerámica no permanece estático; a medida que entran nuevos actores en el sector de la impresión 3D de cerámica cada año, el panorama se vuelve más dinámico con tecnologías interesantes.

Por ejemplo, la innovadora tecnología "Nanoparticle Jetting" de XJet introduce el chorro de material como categoría de proceso de impresión en el campo de la fabricación aditiva de cerámica. El chorro de nanopartículas consiste en la deposición de gotas de nanopartículas cerámicas suspendidas en líquido. El jetting de nanopartículas se diferencia del jetting de materiales poliméricos, en el que cada gota se cura con luz ultravioleta; en lugar de utilizar la luz ultravioleta, se usa el calor para evaporar el líquido de la suspensión, dejando sólo la cerámica.

Otro ejemplo de tecnologías de impresión interesantes proviene de fabricantes de extrusión de pellets como Pollen-AM y Uprise 3D. Estos fabricantes tratan de aprovechar los pellets de moldeo por inyección de cerámica (CIM) disponibles para utilizarlos como materia prima de impresión 3D. Sus impresoras funden los pellets de CIM en sus cabezales de extrusión y luego extruyen la materia prima de polímero cargada de cerámica en el plano XY (de forma similar a las impresoras FFF/FDM, pero sustituyendo los filamentos por pellets).

Por último, la fabricación aditiva a microescala está llegando al campo de la impresión 3D de cerámica, ya que el líder en micro-AM, Boston Micro Fabrication (BMF), ha presentado recientemente una nueva impresora compatible con la cerámica. La microArch S230 es compatible con dos nuevas resinas cerámicas de BMF: alúmina y titanato de magnesio.

Predicciones de mercado para la impresión 3D de cerámica
En general, en los 10 años transcurridos desde el lanzamiento de la primera impresora 3D de cerámica industrial, la fabricación aditiva de cerámica ha visto innovar el mercado con varias tecnologías nuevas. IDTechEx predice que en los próximos 10 años se seguirá innovando desde el punto de vista tecnológico, ya que las empresas siguen desarrollando y diversificando sus impresoras cerámicas.

 

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