Недавно приобретенный 3D-принтер способствует передовым исследованиям в области керамики в штате Пенсильвания.

Чад Эйхфельд (слева), доцент-исследователь и директор по производству лаборатории нанотехнологий, и Амира Меддеб, профессор-исследователь по электрическим характеристикам, в лаборатории нанотехнологий с 3D-принтером Lithoz CeraFab Lab. Фото: Джейми Обердик. Все права защищены.

27 июня 2023 г.

Джейми Обердик

УНИВЕРСИТИ-ПАРК, Пенсильвания — Недавно установленный 3D-принтер для керамики предлагает исследователям материалов штата Пенсильвания расширенные возможности для легкого производства керамических деталей с высоким разрешением и другой инновационной керамики для исследования передовых материалов с меньшими затратами, чем их поиск.

Хотя многие знакомы с керамикой как с предметами искусства или предметами домашнего обихода, такими как кофейные кружки, керамика имеет менее известные применения, начиная от хранения энергии с помощью твердотельных батарей и заканчивая сегнетоэлектрическими и пьезоэлектрическими устройствами, такими как датчики тепла. Исследователи из Института исследования материалов штата Пенсильвания (MRI) заявили, что рассматривают 3D-принтер Lithoz CeraFab Lab как необходимый инструмент для дальнейших исследований, связанных с материалами, во всем университете.

«Это будет часть пользовательского центра здесь, в Пенсильванском университете, в Лаборатории нанопроизводства», — сказала Амира Меддеб, доцент кафедры МРТ. «Основная причина, по которой мы его приобрели, — это предоставить больше возможностей не только сообществу штата Пенсильвания, но и нашему расширенному сообществу пользователей, с которым мы работаем, включая другие высшие учебные заведения и промышленность».

Включение этого производства также позволяет MRI создавать специальные научные инструменты для других исследователей штата Пенсильвания, которые обычно дороги и их трудно найти.

«Принтер позволяет нам производить нестандартные и сложные детали, которые обычно являются дорогостоящими и требуют длительного времени выполнения, например, изготовленные по индивидуальному заказу тигли и микрореакторы», — сказал Меддеб.

Принтер на основе смол использует технологию цифровой обработки света — метод, который использует свет для отверждения светочувствительных жидких смол в твердые твердые вещества. Это позволяет самостоятельно производить детали с высоким разрешением и керамику полной плотности, сравнимую по свойствам и микроструктуре с керамикой, изготовленной традиционными методами производства.

Небольшой тестовый отпечаток Львиного храма и бобрового стадиона размером чуть более одного дюйма на один дюйм демонстрирует уровень детализации, который способен воспроизвести керамический 3D-принтер. Фото: Джейми Обердик. Все права защищены.

«Керамику чрезвычайно трудно производить традиционным способом по ряду причин, особенно потому, что после обработки и спекания она настолько тверда, что ее очень трудно обрабатывать на станке», — сказал Шон Аллан, вице-президент Lithoz America LLC. «Кроме того, они могут быть хрупкими до спекания, поэтому в этом состоянии их также трудно фиксировать и обрабатывать. По сравнению с этим принтером вы можете гораздо легче выполнить несколько итераций детали с разной геометрией и размерами и получить именно ту деталь, которая вам нужна».

Принтер может печатать на самых разных керамических материалах. Он предлагает возможность легко менять материалы для разных проектов, и его относительно легко научиться использовать, особенно для тех, кто имеет опыт традиционной обработки керамики. По словам Чада Эйхфельда, доцента-исследователя и директора по операциям Лаборатории нанопроизводства, принтер дополняет исследовательские предложения, предоставляемые МРТ.

«Мы можем работать с исследователями над дизайном материала, его 3D-печатью, [и] вы также можете провести здесь характеристику», — сказал Эйхфельд. «Сочетание всего этого позволяет вам фактически выполнять быстрые итерации производства керамики, необходимые для успеха наших исследователей».

Помимо исследовательских преимуществ, Эйхфельд отметил, что новый принтер имеет большой потенциал для обучения материалам в Университете штата Пенсильвания.

«Penn State — это практическое образовательное учреждение», — сказал Эйхфельд. «В других университетах студент может поручить часть обработки, которая выполняется в лаборатории Амиры и моей лаборатории, технику, и он сделает всю работу за вас. Но мы все держим руку на пульсе. Это очень важно: наши аспиранты и даже некоторые студенты получают здесь практический опыт работы с самыми современными технологиями. Этот опыт будет для них действительно полезным, когда они начнут свою карьеру».