Η 3D εκτύπωση ανοίγει τον δρόμο για τους αντιδραστήρες του μέλλοντος

Τα κεραμικά υλικά διαθέτουν μοναδικές ιδιότητες, καθώς αντέχουν σε ακραίες θερμοκρασίες, δεν επηρεάζονται από χημική διάβρωση και διαθέτουν εξαιρετική μηχανική αντοχή. Για αυτούς ακριβώς τους λόγους, εδώ και δεκαετίες αποτελούν αντικείμενο μελέτης για εφαρμογές αιχμής, από την αεροναυπηγική και τη χημική βιομηχανία μέχρι τους αντιδραστήρες παραγωγής ενέργειας. Ωστόσο, η κατασκευή πολύπλοκων και απολύτως στεγανών κεραμικών εξαρτημάτων παρέμενε ένας ανυπέρβλητος πονοκέφαλος για τους μηχανικούς.

Η μεγάλη ανατροπή ήρθε από μια ερευνητική ομάδα του Oak Ridge National Laboratory (ORNL) στις ΗΠΑ. Οι επιστήμονες εκεί κατάφεραν να δημιουργήσουν για πρώτη φορά πλήρως στεγανά κεραμικά εξαρτήματα, συνδυάζοντας τρισδιάστατη εκτύπωση με την τεχνολογία binder jet additive manufacturing (BJAM) και μια καινοτόμο διαδικασία μετεπεξεργασίας. Πρόκειται για μια εξέλιξη-ορόσημο που θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο σε νέα συστήματα επόμενης γενιάς, συμπεριλαμβανομένων προηγμένων πυρηνικών αντιδραστήρων.

Η επιτυχία δεν οφείλεται μόνο στην τεχνολογία εκτύπωσης, αλλά και σε μια πρωτοποριακή τεχνική συγκόλλησης. Μέσω αυτής, μπορούν να ενωθούν ξεχωριστά εκτυπωμένα κομμάτια ώστε να σχηματιστούν μεγαλύτερες και πιο σύνθετες δομές. Μέχρι σήμερα, οι προσπάθειες κατασκευής μεγάλων κεραμικών στοιχείων κατέληγαν σε μικρορωγμές και ελαττώματα που υπονόμευαν τη στεγανότητα. Η λύση που ανέπτυξε το ORNL διατηρεί τη δομική ακεραιότητα και επιτυγχάνει πιστοποιημένη αεροστεγανότητα, κάτι που δεν είχε επιτευχθεί ποτέ ξανά.

Αρχικά, το εξάρτημα εκτυπώνεται μέσω BJAM. Στη συνέχεια, γεμίζεται με έναν προκεραμικό πολυμερές με βάση το καρβίδιο του πυριτίου. Το τελευταίο στάδιο είναι η θερμική κατεργασία, που μετατρέπει το υλικό σε άμορφο καρβίδιο του πυριτίου. Οι ερευνητές δοκίμασαν διάφορες μεθόδους συγκόλλησης και διαμόρφωσης, ώστε να εντοπίσουν εκείνες που εξασφαλίζουν τη μέγιστη στεγανότητα. Το αποτέλεσμα ήταν η πρώτη τρισδιάστατα εκτυπωμένη κεραμική ένωση που δεν παρουσιάζει διαρροές.

Η καινοτομία αυτή δεν έχει μόνο τεχνική σημασία, αλλά και σημαντικές οικονομικές προοπτικές. Η BJAM είναι ταχύτερη και λιγότερο δαπανηρή σε σχέση με άλλες μεθόδους 3D εκτύπωσης κεραμικών. Με την προσθήκη της δυνατότητας δημιουργίας μεγαλύτερων και πιο αξιόπιστων εξαρτημάτων, η τεχνολογία καθίσταται πλέον ρεαλιστική επιλογή για βιομηχανίες υψηλής τεχνολογίας όπως η φαρμακοβιομηχανία, η χημική επεξεργασία και η αεροδιαστημική.

[via]