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. Одним из вариантов изготовления сложных изделий из керамики является трехмерная печать, при помощи которой изделие формируется слой за слоем. Однако, чрезвычайно высокая температура, при которой плавится керамика, весьма затрудняет реализацию технологий трехмерной печати, существующие трехмерные принтеры работают крайне медленно, а керамические изделия состоят из материала, в котором керамические частицы спекаются недостаточно и он, материал, имеет пористую структуру.
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».
