HAALBAARHEID 3D-PRINTEN KERAMIEK (SI3N4)

Inleiding

Het doel van dit project is het onderzoeken en bewijzen van de technische en economische haalbaarheid van 3D printen van keramiek, verder aangeduid met Si3N4. Het haalbaarheidsonderzoek dient antwoord te geven op de volgende vragen:

• Kan de aanvrager met 3D printen van Si3N4 de vereiste nauwkeurigheden behalen?
• Wat is de marktbehoefte aan keramische stages?

Nauwkeurigheidseisen

In het segment van lineaire positioneringstafels, ook wel stages genoemd, worden voortdurend hogere eisen gesteld aan nauwkeurigheden (dit loopt op naar enkele nano's). De nauwkeurigheid wordt onder meer bepaald door het materiaal(bewerking) van de tafeldelen, de aandrijving en hoe deze twee worden geïntegreerd.

Technische mogelijkheden van Si3N4

Inzicht in de technische printmogelijkheden met hard 'dood' materiaal is cruciaal. Si3N4 is, in tegenstelling tot metaal, een 'dood' materiaal en kent als belangrijke eigenschappen dat het niet-magnetisch is, minder temperatuurgevoelig, lichter is en tevens toepasbaar is in hoogvacuum-omgevingen. Door de hoge stijfheid van Si3N4 is het mogelijk om hoge nauwkeurigheden te behalen met dit materiaal.

Er zijn diverse soorten Si3N4, echter uit onderzoek blijkt dat met siliciumnitride (N4Si3) de hoogste nauwkeurigheden kunnen worden bereikt. Het is een bijzonder hard materiaal (Hrc 80-100, HV 0,5=1450) en kent een thermische uitzettingscoëfficiënt van slechts 3,2.

Toepassingsmogelijkheden van 3D printen met Si3N4

Sinds enige jaren is de vraag naar toepassing van Si3N4 in geleidingen sterk toegenomen. Voor de toekomst verwachten we dat er een sterke marktbehoefte (met name in de semiconductorindustrie) is aan keramische stages. Voor producenten blijft het echter een probleem om deze vraag in te vullen.

Dit ligt enerzijds aan technische redenen. Si3N4-bewerking in hoge nauwkeurigheid (specifiek N4Si3) is een onontgonnen kennisgebied en het vergt specifieke tooling. Anderzijds is het bedrijfseconomisch pas rendabel indien men in staat is om op grotere schaal Si3N4, zoals N4Si3, te bewerken.

Bijkomend probleem is dat Si3N4 vele malen duurder is dan regulier materiaal, zowel in aanschaf (factor 16 in vergelijking met regulier materiaal) als in bewerkingsuren (factor >15). Feit is echter dat de voortgang met Si3N4-bewerking onze markt gaat bepalen.