L'impression 3D de céramiques rendue accessible avec Alumina 4N Resin
Formlabs est fier d'annoncer Alumina 4N Resin, le premier matériau céramique d'impression 3D accessible, abordable et de haute performance pour les imprimantes 3D stéréolithographiques (SLA).
Pour la première fois, les utilisateurs peuvent tirer parti de la flexibilité et de la liberté de conception de l'impression 3D avec un matériau en alumine d'une pureté de 99,99 % qui ouvre la voie à l'impression 3D intuitive et rentable de pièces céramiques.
« En proposant une installation de production à faible coût, Formlabs ouvre un nouveau chapitre pour la fabrication additive de céramiques. La facilité d'utilisation de l'imprimante, associée à des solutions logicielles intuitives et à un grand volume d'impression (surtout si l'on prend en compte le faible encombrement de la machine) font de l'écosystème Formlabs un choix parfait pour les organisations qui cherchent à imprimer directement des pièces en céramique. »
Malte Hartmann, ingénieur en développement chez Bosch Advanced Ceramics, Grow Platform GmbH. Bosch Advanced Ceramics est un partenaire de développement reconnu pour les assemblages céramiques spécifiques aux clients, les produits intégrés, les composants céramiques et les petites et grandes séries de production, quel que soit le niveau de complexité des pièces.
Comment Formlabs réinvente l'avenir de l'ingénierie céramique
Regardez le webinaire pour découvrir comment l'impression 3D de composants céramiques est rendue possible, avec des coûts de production et des délais réduits ainsi qu'une plus grande liberté de conception.
Une nouvelle ère pour les céramiques techniques abordables
Les imprimantes SLA de Formlabs rendent l'impression 3D de haute performance plus fiable, accessible et facile à utiliser. Chaque nouveau matériau commercialisé étend ces qualités à de nouvelles applications et secteurs, ce qui permet à nos utilisateurs de continuer à innover et à repousser les limites du possible.
Alumina 4N Resin est la première céramique technique haute performance à la portée de tous ceux qui recherchent un flux de travail abordable et intuitif, ou qui utilisent actuellement les imprimantes de bureau de la série Form 3 et souhaitent étendre leurs applications.
Alumina 4N Resin offre une résistance thermique extrêmement élevée, sans équivalent dans l'impression 3D.
Pourquoi choisir l'impression 3D de céramique ?
Réduire les coûts de production et les délais d'exécution
Les méthodes traditionnelles de fabrication de pièces en céramique incluent des procédés coûteux tels que la coulée en barbotine, le pressage ou le moulage par injection. Ces flux de travail sont généralement confiés à des sous-traitants spécialisés et nécessitent un équipement et une expertise spécifiques. Les ingénieurs et les fabricants qui n'ont besoin que de quelques pièces en céramique sont forcés de payer un prix conséquent et de passer par un processus qui ne devient rentable qu'en cas de volumes importants.
L'impression 3D apporte des solutions à ces problèmes, tout comme elle l'a fait pour tant d'autres matériaux et applications, car les imprimantes SLA de Formlabs rendent la fabrication extrêmement rentable.
| Méthode de fabrication de céramique | Temps de fabrication de la première pièce | Coût d'une pièce unique |
|---|---|---|
| Impression 3D avec Alumina 4N Resin de Formlabs | 8 – 15 jours | 50 € – 500 € |
| Impression 3D avec d'autres imprimantes 3D céramique | 8 – 15 jours | 300 € – 2500 € |
| Coulée en barbotine | 3 jours – 6 mois | 50 € – 20 000 € |
| Pressage | 2 – 12 mois | 30 000 € – 500 000 € |
| Moulage par injection | 3 – 15 mois | 50 000 € – 1 500 000 € |
Accroître la liberté de conception
En outre, ces processus de fabrication traditionnels imposent de grosses contraintes : les flux de travail de moulage restreignent la liberté de conception et rendent difficile la production de surplombs, de canaux internes, de structures en treillis, et bien d'autres éléments.
La souplesse de conception de l'impression 3D ouvre de nouvelles perspectives d'innovation dans des secteurs qui nécessitent une résistance élevée à la chaleur et aux produits chimiques, comme par exemple l'aérospatiale et l'automobile. Dans ces applications, l'écoulement de l'air ou des fluides peut être amélioré par de petites modifications de conception, mais pour les pièces en céramique, ces changements sont souvent limités par les contraintes de conception des méthodes traditionnelles. L'impression 3D permet de produire des pièces techniques en céramique capables d'être utilisées dans des environnements extrêmes pour vous aider à trouver la meilleure conception possible et de réaliser ces caractéristiques complexes qui seraient impossibles à obtenir avec les méthodes de moulage.
Disque de meulage et fraise en céramique imprimés en 3D avec Alumina 4N Resin.
L'avis de nos bêta-testeurs
Plusieurs utilisateurs d'Alumina 4N Resin ont salué les qualités de ce matériau pour la fabrication additive de céramique :
Air Force Research Laboratory
La direction des matériaux et de la fabrication du Air Force Research Laboratory développe des matériaux, des processus et des technologies de fabrication avancées pour les composants structurels, électroniques et optiques d'avions, d'engins spatiaux, de missiles, de fusées et de systèmes terrestres. Des centres de produits, des centres logistiques et des bases de commandement opérationnel de l'armée de l'air s'appuient sur leur expertise en matière de matériaux, d'inspection non destructive, de soutien des systèmes et de méthodes de fabrication avancées pour résoudre les problèmes liés aux systèmes, aux déploiements expéditionnaires et aux opérations.
« Alumina 4N Resin et la Form 3 ont été utilisées pour prototyper rapidement des pièces de moteurs à turbine et de recherche qui auraient été extrêmement difficiles, voire impossibles à réaliser avec des méthodes de fabrication traditionnelles. Cette combinaison nous a permis de réaliser des itérations rapides et abordables sur les conceptions sans avoir à attendre la fabrication d'outils coûteux. Nous avons également fabriqué des fixations personnalisées pour nos fours. L'une de ces fixations maintient un échantillon de composite à matrice céramique dans le four pendant le frittage. Une autre utilisation consistait à fabriquer des creusets d'une dimension spécifique pour contenir la poudre et les pièces pendant le déliantage et le frittage. Alumina 4N Resin est remarquablement facile à utiliser et s'intègre parfaitement dans notre flux de travail. Elle répond à un besoin du marché : sa grande accessibilité nous permet d'itérer rapidement nos conceptions et de produire des pièces à un coût comparativement faible. »
Benjamin Lam, ingénieur en recherche sur les matériaux au Air Force Research Laboratory
Atlas Elektronik UK
Atlas Elektronik UK LTD est une entreprise d'électronique et de systèmes navals/marins basée au Royaume-Uni. Son expertise dans les domaines de l'hydroacoustique, de l'ingénierie des capteurs et des technologies de l'information en a fait le fournisseur privilégié de nombreuses marines et de clients civils dans le monde entier.
« Ce nouveau matériau céramique de Formlabs nous aide à rendre des pièces existantes imprimables en 3D. Le dissipateur thermique illustré ici est une « forme simple », mais il peut entraîner un long délai de livraison pouvant aller jusqu'à 3 semaines, que nous sommes à présent en mesure de réduire à quelques jours seulement. De plus, nous profitons d'une liberté de conception totale, ce qui nous a permis d'aider notre section R&D à trouver des solutions optimales à des problèmes plus complexes concernant la résistance à l'usure et les propriétés électriques. »
Kieran Smith, technicien de production, Atlas Elektronik UK LTD
How Atlas Elektronik 3D Prints Technical Ceramic Parts with Formlabs
Learn how Formlabs and Atlas Elektronik use Alumina 4N Resin alongside traditional firing techniques to produce highly technical ceramic parts.
Applications des pièces céramiques imprimées en 3D
Les céramiques techniques sont couramment utilisées dans tous les secteurs qui requièrent une résistance extrême à la chaleur, aux produits chimiques ou à l'électricité :
- applications haute tension
- pièces de protection thermique
- outils de fonderie pour le moulage de métaux
- outils de coulée et supports de four personnalisés
- prototypes d'ingénierie fonctionnels nécessitant une résistance aux températures élevées, aux produits chimiques ou à l'électricité
| Propriétés mécaniques | Fritté | Méthode |
|---|---|---|
| Résistance à la flexion à haute température (1270 °C) | 250 MPa | ASTM C-1211 |
| Pureté [%] | 99,99 % | — |
| Densité relative | 98,60 % | ASTM C-373 |
| Coefficient de dilatation thermique | 5 ppm/K | ASTM E-228 |
| Température maximale d'utilisation | 1500 °C | — |
| Module de Young | 380 GPa | ASTM C-1259 |
En tant que matériau isolant à haute température, la céramique est idéale pour les essais électriques et pour les pièces telles que les isolateurs, les boîtiers et les enveloppes de connecteurs, les blocs de jonction, les isolateurs de bougies d'allumage, les montages électriques et les boîtiers ou tubes isolants. Pour les sociétés d'ingénierie et les fabricants, l'accès à une céramique technique qui peut être personnalisée, testée et déployée en petites quantités de manière rentable peut faciliter la transition vers la fabrication additive.
Une autre possibilité d'accroître l'efficacité et de réduire les coûts est d'utiliser Alumina 4N Resin pour fabriquer des aides à la fabrication destinées aux procédés traditionnels de fonderie et de moulage. Malgré la diversité des formes et des dimensions que peuvent prendre les objets fabriqués avec des méthodes traditionnelles, les fours et autres équipements restent les mêmes. Avec Alumina 4N Resin, il est possible de concevoir et d'imprimer facilement des gabarits, des fixations, des éléments de four, des crochets et bien d'autres choses encore, afin de faire entrer plus de pièces dans un four, d'optimiser l'espace et le temps, et d'améliorer l'uniformité des résultats de cuisson.
En ce qui concerne la recherche en ingénierie, un flux de travail permettant de fabriquer des céramiques techniques sans subventions importantes ni formalités administratives peut ouvrir la voie à l'innovation dans les domaines de l'efficacité énergétique, de l'aérospatiale, des transports, de la manipulation de produits chimiques, et bien d'autres encore. La possibilité de produire plus rapidement et à moindre coût des pièces céramiques telles que des équipements ou des outils donnera aux ingénieurs une longueur d'avance pour développer des produits et des processus susceptibles de modifier le mode de fonctionnement actuel de ces secteurs.
Métal coulant à travers un tamis imprimé en Alumina 4N Resin.
Comment imprimer en 3D des pièces en céramique avec Alumina 4N Resin
Combiné à Alumina 4N Resin, le flux de travail intuitif des imprimantes SLA Formlabs crée un moyen entièrement nouveau de produire des pièces céramiques de haute performance, qui n'étaient auparavant réalisables que par l'intermédiaire de sous-traitants coûteux ou d'imprimantes 3D céramiques 10 fois plus chères (dédiées à cette seule utilisation) avec des flux de travail complexes.
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Impression 3D : Alumina 4N Resin imprime avec une épaisseur de couche de 50 microns sur les imprimantes Form 3/B/+. En raison de sa forte résistance à l'état brut, il est nécessaire d'utiliser un outil de retrait fin (par exemple une lame de rasoir) pour retirer les pièces de la Stainless Steel Build Platform.
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Lavage: Une fois les pièces retirées de la plateforme, utilisez la Ceramic Wash Solution requise pour nettoyer les pièces, ainsi que pour le sablage humide des traces de supports. Le solvant peut être utilisé dans les seaux du Finish Kit ou dans la Form Wash.
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Déliantage et frittage: éliminez l'excès de solvant avec de l'air comprimé avant de sécher complètement les pièces dans un four. Placez les pièces dans le four de déliantage et frittez-les dans le four pour la dernière étape du processus. Pour obtenir les propriétés optimales du matériau, il convient de suivre scrupuleusement les instructions du programme de cuisson, que vous trouverez ici.
Les pièces imprimées en Alumina 4N Resin doivent être frittées dans un four chaud.
Le pont vers l'avenir de l'ingénierie céramique
Les pièces et produits en céramique sont utilisés depuis des millénaires, et peu de choses ont changé. Les industries modernes qui ont recours aux céramiques pour leur haute tolérance à la chaleur, à l'électricité et aux produits chimiques sont freinées par les limites qu'imposent la coulée en barbotine, le pressage ou le moulage. Bien que certaines imprimantes 3D de céramique aient montré que d'autres méthodes étaient possibles, ces flux de travail sont restés inaccessibles pour beaucoup en raison de leur coût élevé et de leur complexité.
Aussi efficace, aussi facile à utiliser et aussi abordable que les autres produits Formlabs, Alumina 4N Resin redéfinit la fabrication de pièces céramiques techniques. Ce nouveau matériau d'impression 3D en céramique technique de haute pureté combine les avantages de l'impression 3D avec les propriétés des matériaux haute performance, vous permettant ainsi d'élargir vos possibilités dans tous les secteurs.
Pour en savoir plus sur Alumina 4N Resin, ou pour discuter de votre application avec un spécialiste, contactez notre équipe dès aujourd'hui.
