Formlabs a mis au point Alumina 4N Resin pour répondre au besoin d’un flux de travail pour céramiques techniques qui ne soit ni excessivement coûteux ni complexe. Auparavant, les céramiques destinées à l'impression 3D n'étaient souvent disponibles que pour des systèmes coûtant plus de 250 000 € et s'accompagnaient de flux de travail complexes qui limitaient la capacité des utilisateurs à imprimer en 3D des pièces céramiques de manière fiable, uniforme et abordable. 

Alumina 4N Resin relève ces défis en associant la science des matériaux et l’ingénierie des céramiques techniques à la facilité d’utilisation, à la régularité et au coût abordable des imprimantes 3D Formlabs.

Comme toute céramique technique, Alumina 4N Resin peut être utilisée dans les applications nécessitant une résistance extrême à la chaleur, aux produits chimiques ou à l’électricité. Les céramiques ont presque toujours été utilisées dans ces applications, mais les céramiques imprimées en 3D n’ont généralement pas pu égaler les propriétés mécaniques des pièces en céramique fabriquées selon des procédés traditionnels. Avec une pureté de 99,99 %, Alumina 4N Resin offre la résistance à la chaleur et aux produits chimiques requise pour les applications très complexes.

Bien que les pièces en céramique fabriquées selon des procédés traditionnels restent rentables pour de nombreuses applications, les céramiques imprimables en 3D telles qu’Alumina 4N Resin présentent un avantage lorsque des géométries complexes, des modifications itératives ou une personnalisation sont nécessaires.

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 100 fois plus chères (dédiées à cette seule utilisation) avec des flux de travail complexes. 

1. Impression 3D : Alumina 4N Resin s’imprime sur les imprimantes Form 4 et Form 3/+ avec des couches de 50 microns. En raison de leur résistance élevée à l’état cru, les pièces doivent être retirées de la plateforme de fabrication en acier inoxydable à l’aide d’un outil fin de retrait des pièces, tel qu’une lame de rasoir.
2. Lavage : après avoir retiré les pièces de la plateforme, utilisez impérativement Ceramic Wash Solution pour les nettoyer et retirer les supports par ponçage à l’eau. Le solvant peut être utilisé dans les seaux du Finish Kit ou dans la Form Wash. Pour procéder au ponçage humide d’une pièce : 
   1. Utilisez du papier de verre de grain 80 pour un ponçage agressif
   2. Utilisez du papier de verre à grain 320 pour un ponçage général
   3. Utilisez du papier de verre de grain 1 000 pour un ponçage délicat
3. Séchage : éliminez l'excès de solvant avec de l'air comprimé avant de sécher complètement les pièces pendant la nuit ou, si vous êtes pressé, dans un four. Vous trouverez des instructions complètes sur le lavage et le séchage dans le Guide de démarrage rapide de l'Alumina 4N Resin.
4. Déliantage et frittage : placez les pièces dans le four de déliantage, puis frittez-les dans le four lors de la dernière étape du processus. Pour obtenir des propriétés optimales du matériau, suivez scrupuleusement les instructions du programme de cuisson disponibles ici.

Comme de nombreuses céramiques, l’alumine est utilisée à des températures extrêmement élevées, souvent supérieures au point de fusion de la plupart des métaux, y compris tous les aciers et même les superalliages de nickel. Il est essentiel de comprendre comment elle se comporte à ces températures, car cela détermine si une pièce remplira sa fonction ou échouera.

Le point de fusion de l'alumine est supérieur à 2 000 °C, mais le matériau commence à s'affaisser et à perdre sa résistance avant d'atteindre ce point. La fiche technique de Formlabs recommande une température de fonctionnement maximale de 1 500 °C. Dans l'essai suivant, nous souhaitons toutefois démontrer qu'il résiste également à des températures bien plus élevées, en fonction de l'application.

Les tests à haute température sont notoirement difficiles et nécessitent souvent des équipements coûteux pour produire des résultats exploitables. Les tests d’affaissement sont toutefois relativement simples et permettent de se faire une première idée du comportement du matériau à haute température.

Les barres utilisées dans ce test ont été imprimées dans la taille indiquée dans l'image ci-dessus, et ont été délibérément rendues extrêmement minces afin d'obtenir la plus grande déformation possible, car des barres plus épaisses ne permettraient probablement pas de détecter la moindre déformation. Le test comprend, comme illustré ci-dessous, une fine barre placée sur deux supports triangulaires de chaque côté à une distance de support de 90 mm. La pièce dépasse légèrement afin de s'assurer qu'elle ne glisse pas des supports à des températures élevées.

La barre a été mesurée avant et après la cuisson, en la plaçant de manière à ce que toute déformation avant le test soit orientée vers le bas, afin de s'assurer que seule la gravité affecte l'affaissement. Toutes ces mesures ont été effectuées à l'aide d'une table en granit et d'une jauge de hauteur, qui ont permis de déterminer la hauteur de la barre à ses deux extrémités et la hauteur maximale de fléchissement en trouvant la hauteur qui passait tout juste sous la jauge de hauteur.

Toutes les barres ont d’abord été cuites normalement selon le cycle de cuisson recommandé utilisant deux fours. L’essai d’affaissement a ensuite suivi un processus constant : chauffage à 5 °C/min jusqu’à 400 °C en dessous de la température cible, puis à 2 °C/min jusqu’à la température cible, avec un maintien de deux heures. Les cycles de cuisson à 1 600 °C et à 1 200 °C sont représentés dans le graphique ci-dessous.

Le test a été mené jusqu'à 1 700 °C, et les résultats sont présentés dans le graphique suivant. La répétition du test à des températures spécifiques a donné des résultats très similaires, avec presque aucune variation statistiquement significative. 

Les variations de distance absolue ne constituent toutefois pas nécessairement les données les plus représentatives. Une mesure plus représentative peut être obtenue en mesurant l’angle formé entre les points d’appui et la zone affaissée. Cette mesure présente également l’avantage de pouvoir s’appliquer à un plus grand nombre de situations. L’angle est illustré ci-dessous, ainsi que les résultats obtenus.

Les tests à haute température d'Alumina 4N Resin affichent une très grande thermorésistance. La pièce de 2,6 mm s'est affaissée de moins de 1° à 1 600 °C, même sur une portée non soutenue plus de 30 fois supérieure à la hauteur de la pièce.

Alumina 4N Resin est le choix idéal pour les pièces utilisées à des températures extrêmes et, aux températures « basses » inférieures à 1 400 °C, elle ne s’affaisse ni ne se déforme. Cette propriété, associée aux autres propriétés d’Alumina 4N Resin, telles que sa résistance électrique extrême, sa résistance chimique et sa faible perméabilité, en fait un matériau parfaitement adapté à de nombreuses applications d’ingénierie auparavant inaccessibles aux pièces imprimées en 3D.

Pour discuter de l’utilisation d’Alumina 4N Resin dans votre propre application, contactez notre équipe de spécialistes.