Керамические материалы обладают целым рядом полезных свойств. Они имеют высокую прочность и способность выдерживать высокие температуры, не подвергаясь, при этом, коррозии. Однако, такому материалу весьма трудно придать сложную форму, в отличие от металлов и пластмасс расплавленный керамический материал невозможно вылить в форму, а твердый материал с трудом поддается обработке фрезой или другим инструментом.
Новый метод создания керамических изделий при помощи трехмерной печати был разработан специалистами компании HRL Laboratories из Калифорнии. В качестве материала для печати используется смола со сложным составом, а не керамический порошок. И в результате этого из принтера выходят изделия из безупречной, прочной керамики, способной выдерживать высокую температуру.
В основе материала для трехмерной печати лежат соединения, содержащие кремний, углерод и кислород. А в керамику эта смола превращается под воздействием ультрафиолетового света и температуры. Используя такую смолу, принтер за 30-60 секунд может печатать слой материала, толщиной от 1.2 до 2.5 сантиметров, который имеет ажурную решетчатую или сотовидную структуру, первоначальная полимеризация осуществляется при помощи ультрафиолетового света, а в керамику, в оксикарбид кремния, материал превращается при последующей термообработке высокой температурой.
Новый метод, с учетом последующей термообработки, работает в 100 - 1000 раз быстрее, чем другие методы трехмерной печати керамикой. Анализ полученных изделий при помощи электронного микроскопа не выявил наличия в материале трещин и других дефектов, которые снижают прочность материала. В результате, керамические изделия, изготовленные таким способом, имеют в 10 раз большую прочность, нежели изделия из аналогичного материала, изготовленные другими способами. При этом, карбид-кремниевый материал способен без повреждения его структуры выдерживать температуру до 1700 градусов Цельсия.
Изделия из такой прочной и огнеупорной керамики, изготовленные при помощи новой технологии, могут быть использованы в весьма широком круге областей. Их можно будет использовать в качестве компонентов реактивных двигателей, из них можно будет делать защитные оболочки космических кораблей и гиперзвуковых летательных аппаратов. А методы трехмерной нанопечати таким материалом позволят изготавливать крошечные сложные детали для микроэлектромеханических систем и наномеханизмов.
Однако, как и любая керамика, керамика, полученная при помощи процесса трехмерной печати, является достаточно хрупким материалом. "Сейчас мы работаем над технологией укрепления керамики различными типами волокна" - рассказывает Тобиас Шедлер (Tobias Schaedler), ученый-материаловед из компании HRL Laboratories, - "Пока мы не можем даже прогнозировать количество времени, которое нам потребуется на поиски подходящих вариантов. Однако, может быть через год, а может быть и через пять лет такой вариант будет найден и люди получат в свое распоряжение новые конструкционные материалы, способные работать в самых чрезвычайных условиях".