La ceramica è da sempre considerata un materiale straordinario per resistere ad ambienti estremi: tollera temperature elevatissime, non teme la corrosione chimica ed è dotata di ottime proprietà meccaniche. Proprio per queste qualità, viene studiata da decenni per applicazioni industriali di frontiera, dall’aerospazio alla chimica, fino ai reattori per la produzione di energia. Tuttavia, la realizzazione di componenti ceramici complessi e soprattutto a prova di perdite è sempre stata una sfida difficile da superare.
Un gruppo di ricercatori dell’Oak Ridge National Laboratory (ORNL), negli Stati Uniti, è riuscito a fare un passo decisivo in questa direzione. Combinando la stampa 3D con tecnologia binder jet additive manufacturing (BJAM) e un sofisticato processo di post-trattamento, hanno prodotto i primi componenti ceramici completamente ermetici. Si tratta di un traguardo che potrebbe aprire a nuove soluzioni nei sistemi di prossima generazione, compresi i reattori avanzati.
Il segreto non risiede solo nella stampa, ma in una tecnica di giunzione che consente di collegare più pezzi stampati separatamente fino a ottenere strutture più grandi e complesse. In passato, i tentativi di realizzare grandi componenti ceramici incontravano sempre lo stesso ostacolo: microfratture e difetti che compromettevano la tenuta. La soluzione sviluppata a Oak Ridge permette invece di creare assemblaggi di dimensioni maggiori, mantenendo un’ermeticità certificata ai gas.
Il processo prevede la stampa del componente tramite BJAM, il riempimento con un polimero pre-ceramico a base di carburo di silicio e infine un trattamento termico che lo trasforma in carburo di silicio amorfo. Sono state sperimentate diverse configurazioni e metodi di giunzione per identificare quelle più efficaci nella garanzia di tenuta. Il risultato è la prima giunzione ceramica stampata in 3D che resista senza perdite, un primato finora mai raggiunto.
Oltre alla valenza tecnica, la nuova metodologia promette anche vantaggi economici. Il BJAM, infatti, è più rapido e meno costoso rispetto ad altre tecniche di stampa 3D per ceramiche, e ora, grazie alla possibilità di ottenere componenti più grandi e affidabili, diventa un’opzione praticabile per settori ad alta intensità tecnologica come il farmaceutico, la lavorazione chimica e l’aerospaziale.
Non a caso, il lavoro dell’ORNL è già stato premiato: il team ha ricevuto il Dick Aubin Distinguished Paper Award 2025 dalla Society of Manufacturing Engineers e ha pubblicato i dettagli dello studio sulla rivista Ceramics International. Il progetto ha visto la collaborazione di diversi ricercatori, tra cui Trevor Aguirre, Dylan Richardson, Corson Cramer, Amy Elliott e Kashif Nawaz, con il sostegno del Dipartimento dell’Energia statunitense e delle sue agenzie dedicate alla ricerca sull’energia solare e sui materiali avanzati.
Il laboratorio in cui è stato sviluppato questo progresso, il Manufacturing Demonstration Facility, svolge un ruolo chiave nell’innovazione industriale americana, fungendo da hub per accelerare l’adozione di nuove tecnologie produttive. L’arrivo delle prime ceramiche stampate in 3D e sigillate a tenuta di gas segna quindi un passaggio importante: da prototipi di laboratorio a potenziali componenti pronti per le sfide dell’industria del futuro.
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