Stampa 3D in ceramica e zirconio: a che punto siamo?

La stampa 3D si evolve ogni giorno di più e si sta spostando verso materiali molto appetibili nei vari settori industriali. Parliamo dei metalli e delle ceramiche. I metalli (come il titanio e il Cromo Cobalto) vengono ormai stampati da diversi anni senza eccessivi problemi. Per i materiali ceramici invece il discorso è un po diverso e solo recentemente si sta sentendo parlare di produzione additiva in ceramica.

Ovviamente rispetto alle tecnologie di produzione "tradizionali" ormai consolidate la stampa 3D risente ancora di una certa inefficienza in termini di finitura superficiale dei prodotti (nel caso delle stampe in metallo) e di una certa incertezza nella resistenza meccanica dei modelli stampati. Nonostante questo la tecnologia sta evolvendo verso una ottimizzazione dei processi e dei macchinari tale che, fra non molto, si potranno certamente ottenere prototipi funzionali a tutti gli effetti. Nel settore dentale questa è un'esigenza molto sentita soprattutto per la ceramica e zirconia materiali ampiamente usati in odontoiatria. Tra i vantaggi della stampa 3D dentale in questi materiali troviamo senz'altro il minor spreco di materiale rispetto alla fresatura e alcuni altri vantaggi quali il minor rischio di propagazione di fratture durante la fresatura del pezzo.

Le stampanti 3D che stampano la ceramica e la zirconia attualmente sul mercato non sono moltissime. Tutte utilizzano resine fotosensibili composte da un mix di resina e polveri ceramiche. L'oggetto stampato deve necessariamente essere sottoposto ad un post-trattamento di lucidatura e sabbiatura per conferirgli un aspetto adeguato.

Molte aziende si stanno orientando verso questi materiali perchè sono proprio questi i materiali che superano tutte le limitazioni dei polimeri plastici.

Tra le stampanti attualmente in commercio per la produzione di manufatti in ceramica e zirconia troviamo la Admaflex 130 dell'azienda Admatec. Si tratta di una stampante DLP con la disponibilità di due piatti di stampa: - 90 X 56 X 110mm (per stampe con risoluzione 35um) - 160 X 100 X 110mm (per stampe con risoluzione 62.5um) Lo spessore dello strato può andare da 15 a 100 um e puà stampare sia materiali ceramici e ossido di zirconio che metalli (acquistando un particolar add-on a parte).

La stampante 3D per Ceramica: Admaflex 130

I materiali stampati devono essere sottoposti ad un processo di "debinding" ossia una sorta di cottura in forno che elimina dal modello stampato la parte relativa al materiale plastico per l'incollaggio delle particelle di ceramica. Successivamente il pezzo verrà sottoposto ad una fase di "sintering" in cui le particelle di ceramica si uniscono insieme creando un modello solido che però subisce un ritiro non trascurabile del 30% circa.

Il costo è superiore ai € 250.000.

Un'altra stampante 3D che stampa in ceramica è la Ceramaker C100 dell'azienda 3DCeram. Si tratta sostanzialmente di una stampante molto simile alla precedente con tecnologia DLP anche se la particolarità di questa stampante risiede nella disponibilità di una particolare formulazione di idrossiapatite biocompatibile con la quale l'azienda produce impianti di sostituti ossei per difetti cranici ( BioCranium® ). La Ceramaker C100 ha un piatto di stampa di 100mm X 100mm X 150mm ed ha un sistema completamente aperto.

La cosa interessante invece di quest'azienda è che ha prodotto una nuova stampante Ceramaker C900H che prevede la possibilità di stampare contemporaneamente fino a 4 materiali. Questo è interessante nel settore dentale per la stampa simultanea di ceramica + zirconia. Il costo è di € 125.000.

La stampante 3D Ceramaker C900

Ovviamente ci sono almeno altre 10 stampanti che stampano ceramica prodotte da aziende che stanno tentando di introdursi in questo settore con brevetti e tecnologie probabilmente ancora tutte da inventare. Non le inserisco nell'articolo perchè, per tutte, valgono le stesse cose dette fin'ora con stesse caratteristiche, stessi materiali e stessa tecnologia.

A mio parere è possibile tirare delle conclusioni sulla base di quanto è disponibile attuamlente sul mercato in termini di stampanti 3D per ceramica e zirconia. Quello che io penso in merito lo posso riassumere per punti:

• Non ho ancora visto sui siti delle aziende produttrici di queste stampanti delle foto di stampanti vere e proprie: solo rendering e ricostruzioni virtuali delle macchine. Non so se questo può essere indicativo di un settore che ancora deve partire oppure è solo una strategia di immagine coordinata dei rispettivi siti web.
  

• Non ho visto neanche una foto di elementi dentali stampati con queste macchine. Neanche i siti dei produttori che avrebbero grandi interessi a mostrare le stampe 3D di denti e elementi dentali hanno osato pubblicare foto di prototipi dentali. Questo è importante perchè ci dice molto sullo stato direi "embrionale" di questa tecnologia. Inoltre le caratteristiche meccaniche dei prodotti stampati con questa tecnologia sono di certo di gran lunga inferiore ai prodotti normalmente fresati, naenche a dirlo.
  

• Siamo di fronte a una tecnologia di interesse estremo, graditissima da svariati settori industriali ma, ad oggi, profondamente immatura. Probabilmente basteranno pochi anni affinchè le stampanti 3D in ceramica possano affermarsi come hanno fatto le loro "colleghe" del metallo che, seppure in pista da diversi anni, ancora oggi mostrano dei limiti non indifferenti.
  

• Non ho visto alcun produttore che abbia dichiarato i materiali ceramici o la zirconia stampabile come biocompatibili.
  

• Come volevasi dimostrare tutto ciò che ci avvicina alla materia organica, all'osso, alla struttura organica del nostro organismo si rende difficile da raggiungere ed è difficoltoso da governare. La ceramica lo è, l'idrossiapatite lo è.
  

• I costi di queste macchine sono proibitivi anche per aziende di medie dimensioni immaginiamo quanto possano esserlo per laboratori odontotecnici innovativi.

La tecnologia 3D sta contribuendo a fornire una svolta epocale ai processi produttivi in tutto il mondo ma, alcuni settori altamente specializzati e difficili da affrontare, ne dimostrano tutte le fragilità che ad oggi devono ancora essere risolte, soprattutto per produzioni da destinare al settore biomedicale.