Výzkumníci z CEITEC VUT v Brně pracují na vývoji speciálních keramických suspenzí určených pro 3D tisk metodou DLP. Cílem je překonat technologická omezení současných materiálů a otevřít cestu k výrobě vysoce přesných a odolných komponent pro průmysl, energetiku i medicínu.
Aditivní výroba si postupně nachází cestu i do oblastí, které byly donedávna považovány za technologicky obtížně zvládnutelné. Jednou z nich je keramika — materiál, který vyniká vysokou tvrdostí, tepelnou odolností a chemickou stabilitou, ale zároveň je velmi náročný na zpracování. Právě v této oblasti se nyní prosazuje výzkum z CEITEC VUT v Brně, zaměřený na vývoj nových materiálů pro 3D tisk. Základem technologie je metoda DLP (digital light processing), která pracuje s vytvrzováním tekutého materiálu pomocí projekce světla. V případě keramického tisku se však nejedná o běžnou pryskyřici, ale o složitou suspenzi tvořenou jemnými keramickými částicemi rozptýlenými v kapalném pojivu. Po samotném tisku následuje tepelný proces, při němž se organická složka odstraní, a výsledkem je plně keramický díl. Právě složení této suspenze představuje klíčovou technologickou výzvu. Keramické částice totiž zásadně ovlivňují průchod světla materiálem, což je pro DLP tisk kritické. Dochází k jeho rozptylu i absorpci, což může vést k nepřesnému vytvrzení a ztrátě detailu. Výzkumný tým proto hledá optimální rovnováhu mezi obsahem keramické složky, viskozitou směsi a jejími optickými vlastnostmi. Na CEITEC VUT se zaměřují především na materiály na bázi oxidu hlinitého a oxidu zirkoničitého, které podle jejich názoru patří mezi nejperspektivnější technické keramiky. Cílem je dosáhnout takového složení, které umožní přesný tisk a zároveň zajistí výslednému dílu požadované mechanické vlastnosti. Podle dosavadních výsledků se daří připravovat suspenze, které umožňují dosáhnout vysokého rozlišení i homogenní mikrostruktury a zároveň minimalizují deformace při následném vypalování. Význam keramického 3D tisku spočívá především v jeho schopnosti vytvářet složité geometrie, které jsou tradičními metodami obtížně vyrobitelné. To otevírá nové možnosti například v energetice, kde se uplatňují komponenty odolávající extrémním teplotám, nebo v medicíně, kde lze vyrábět individuálně přizpůsobené implantáty. Uplatnění nachází keramika také v elektronice nebo v oblasti filtrace a katalýzy. Důležitým aspektem celého vývoje je i dosažení vysoké geometrické přesnosti. DLP technologie v tomto ohledu nabízí značný potenciál, je však nutné pečlivě kontrolovat celý proces — od složení materiálu přes parametry osvitu až po následné tepelné zpracování. Právě kombinace těchto faktorů rozhoduje o výsledné kvalitě a opakovatelnosti výroby. I tento výzkum na CEITEC VUT potvrzuje širší trend v oblasti aditivní výroby, tedy že klíčem k dalšímu rozvoji nejsou pouze nové stroje, ale především materiály navržené přímo pro konkrétní technologie. V případě keramiky to platí dvojnásob, protože standardizované materiály pro 3D tisk jsou zde zatím stále omezené. Do budoucna lze očekávat další posun směrem k vyšší kvalitě materiálů, lepší kontrole výrobního procesu a širšímu spektru aplikací. Pokud se podaří tyto technologie úspěšně přenést do průmyslové praxe, může keramický 3D tisk významně rozšířit možnosti výroby v celé řadě technicky náročných oborů. Aktuálně se projekt vývoje tohoto materiálu dostal do fáze, kdy má k dispozici celé technologické know-how a dokáže zájemcům nabízet hotový produkt vytvořený na míru požadavkům. „S trochou nadsázky říkám, že když nám někdo přinese v podstatě jakýkoliv keramický prášek, vrátíme mu suspenzi včetně konkrétních parametrů potřebných jak pro samotný tisk, tak i následné další zpracování výtisku, protože při odstraňování pojiva a sintraci se z něj ztratí i více než 1/3 objemu. A samozřejmě máme schované všechny materiálové listy, takže není problém se k jakékoliv směsi vrátit nebo z jejího složení vycházet při inovacích,“ říká Přemysl Šťastný z výzkumné skupiny Pokročilých keramických materiálů na CEITEC VUT, jeden z klíčových výzkumníků projektu 4Slurries. A doplňuje, že s žádostí o namíchání suspenze se již začali ozývat nejen kolegové z CEITEC , kteří pracují na jiných projektech, ale i kolegové z AV ČR a dále též několik firem z průmyslu, a to nejen z ČR.
/Hana Kovářová a Michael Málek/
