Recientemente, el fabricante de materiales e impresoras 3D de cerámica Tethon 3D ha anunciado una asociación con la empresa emergente de impresión 3D de materiales compuestos Fortify para desarrollar más materiales cerámicos técnicos para la impresión 3D. Al aumentar la cartera de cerámicas avanzadas disponibles para la impresión 3D, las dos empresas pretenden avanzar en la adopción de la impresión 3D cerámica en aplicaciones técnicas.

"Ampliar nuestra plataforma al mercado de la cerámica técnica es una evolución natural para Fortify", afirma Joshua Martin, director general y cofundador de Fortify. "Forzar el límite con estos materiales requiere el procesamiento de materiales altamente cargados, abrasivos y viscosos. Estas son las mismas capacidades que impulsan nuestro éxito en varios fotopolímeros técnicos."

El aumento del número de cerámicas disponibles para la impresión 3D abrirá sin duda la puerta para que la fabricación aditiva de cerámica penetre en aplicaciones de alto rendimiento en sectores exigentes como el aeroespacial, la medicina y la energía. Esto nos lleva a preguntarnos qué materiales cerámicos se imprimen actualmente en 3D y qué formas adoptan.

Tipos de cerámica que se imprimen en 3D

Uno de los primeros materiales cerámicos que se imprimieron en 3D fue la arcilla. Numerosos fabricantes de impresoras de extrusión de arcilla, como Delta, WASP y CERAMBOT, se han introducido en el mercado de la impresión 3D de cerámica a lo largo de los años, centrándose principalmente en los sectores del arte, la arquitectura y el diseño. Un destacado estudio de diseño con impresión 3D, Emerging Objects, con sede en San Francisco, es famoso por imprimir arcilla y porcelana para crear esculturas y edificios innovadores. Dicho esto, la fabricación aditiva de cerámica se ha alejado en gran medida de los productos blancos, como la arcilla y la porcelana, y se ha acercado a la cerámica técnica. La cerámica técnica ofrece la oportunidad de utilizar la impresión 3D para producir piezas de alto rendimiento para industrias que generan grandes ingresos, como la aeroespacial y de defensa, la industria química y la odontología.

Cerámica de óxido: El principal tipo de cerámica que se imprime son las cerámicas de óxido, como la alúmina y la circonia. Estos óxidos binarios suelen ser más baratos y fáciles de procesar que muchas cerámicas no oxidadas, lo que contribuye a aumentar su popularidad en la impresión 3D. Fuera de la impresión 3D, la alúmina se utiliza habitualmente en implantes y dispositivos médicos, mientras que la zirconia está aumentando su penetración en la industria dental, ya que se utiliza para implantes y carillas dentales. Tanto la odontología como la medicina son sectores objetivo para la industria de la impresión 3D en su conjunto, ya que presentan oportunidades de personalización masiva para las que la impresión 3D está diseñada. Teniendo en cuenta estos hechos, no es de extrañar que la alúmina y la zirconia sean algunos de los materiales de impresión 3D de cerámica más populares actualmente. Casi todos los principales fabricantes de impresoras 3D de cerámica, como Lithoz, Admatec y 3D Ceram, desarrollan y venden zirconia y alúmina para la impresión 3D de cerámica.

Cerámica sin óxido: Las cerámicas sin óxido, como el carburo de silicio y el nitruro de aluminio, son menos comunes en el mercado que las cerámicas con óxido. Esto puede atribuirse a dos factores principales: el aumento del coste y la mayor dificultad para imprimir cerámicas sin óxido. Dicho esto, las cerámicas sin óxido están cada vez más disponibles comercialmente dentro del mercado de la fabricación aditiva de cerámica, ya que las cerámicas sin óxido son particularmente útiles en entornos extremos dada su alta resistencia al calor y a la corrosión. Recientemente, un mayor número de empresas han hecho debutar sus propias cerámicas sin óxido para la impresión 3D. Esto incluye no sólo a los fabricantes de cerámica para impresión 3D como Lithoz, Admatec y 3D Ceram, sino también a los proveedores de materiales cerámicos como SGL Carbon y Schunk Carbon Technology. Los proveedores de materiales cerámicos no suelen producir cerámicas imprimibles en 3D para su compra directa, sino que ofrecen estos materiales como parte de los servicios de producción de piezas internos.

Biocerámica: La biocerámica se refiere en general a la cerámica utilizada en el cuerpo que estimula la actividad celular. Las biocerámicas han sido objeto de una amplia investigación académica en la última década porque ofrecen la oportunidad de crear dispositivos implantables que no sólo no son tóxicos, sino que también ayudan activamente al cuerpo a repararse a sí mismo. La posibilidad de imprimir en 3D implantes de biocerámica interesa a muchos en el campo de los dispositivos médicos y la investigación académica porque la impresión en 3D facilita la creación de implantes personalizados para adaptarse al cuerpo de cada paciente. Las dos biocerámicas más exploradas dentro de la impresión cerámica en 3D son la hidroxiapatita (HA) y el fosfato tricálcico (TCP); estas biocerámicas son populares no sólo por las propiedades de sus materiales sino por su prevalencia dentro de la medicina, ya que numerosos implantes y dispositivos de HA y TCP (no impresos en 3D) han sido aprobados previamente por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA).

Una vez identificados los materiales cerámicos más comunes que se encuentran en el mercado de la impresión 3D, ¿en qué formas de materia prima se pueden encontrar estas cerámicas? En general, hay seis tipos principales de materia prima para la cerámica, cuatro de los cuales incluyen polímeros como aglutinantes intermedios y dos no:
Resinas fotopoliméricas: en las que el polvo de cerámica se incorpora a las resinas para hacer una pasta para la impresión
Filamentos termoplásticos: en los que el polvo cerámico se mezcla con termoplástico para hacer un filamento para la extrusión
Pellets termoplásticos: donde el polvo cerámico se mezcla con termoplásticos para hacer pellets para la extrusión
Pasta cerámica: donde se hace una pasta cerámica viscosa, como la arcilla o la porcelana, para la impresión
Polvo cerámico: se utilizan partículas de polvo cerámico de tamaño micrométrico para la impresión en lecho de polvo
Suspensiones de nanopartículas: donde las nanopartículas de cerámica se suspenden en agua para el jetting de nanopartículas, un tipo de jetting de materiales

Avanzando: materiales de impresión cerámica en 3D

En general, los materiales disponibles para la fabricación aditiva de cerámica son diversos, pero están maduros para una mayor innovación y oferta. El hecho de poner a disposición de la impresión 3D cerámicas de mayor rendimiento y compuestos de matriz cerámica ampliará la capacidad de la fabricación aditiva de cerámica para convertirse en la técnica de fabricación más utilizada para la producción de piezas de bajo volumen. IDTechEx predice que en los próximos 10 años se producirá una innovación continua desde el punto de vista de los materiales, a medida que más proveedores de materiales y nuevas empresas de impresión cerámica en 3D entren en el mercado con sus propias ofertas.

Para obtener un desglose más detallado de la tecnología de impresión cerámica en 3D y otra información sobre este sector, incluidos los perfiles de los actores, las previsiones de mercado, los estudios de casos de aplicación y los estudios de referencia, consulte "3D Printing Ceramics 2022-2032: Technology and Market Outlook".