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Zetamix Silicon Carbide

Referencia: ZETAMIX-SILICON-CARB-175-500

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Nanoe, un renombrado fabricante de materiales industriales de impresión 3D,conocido por la línea de filamentos cerámicos y metálicos Zetamix, de la que forma parte el filamento de carburo de silicio Zetamix. Se trata de un filamento cerámico con una dureza de 56 D Shore y denso hecho de polvo de carburo de silicio y aglutinantes a base de poliolefina.

Vídeo 1: Conoce Zetamix By Nanoe. Fuente: Nanoe.

El carburo de silicio, también conocido como carborundo o SiC, es un compuesto químico que contiene arena de sílice y carbono, producido por una reducción carbotérmica de la sílice a un material ultraduro con enlaces covalentes. Es un material extremadamente raro en la naturaleza (pero muy común en el espacio), que sólo se encuentra en forma del mineral moissanita.

Piezas impresas con Silicon Crbide

Imagen 1: Piezas impresas en 3D con el filamento cerámico Zetamix Silicon Carbide. Fuente: Nanoe.

Desde 1893, el carburo de silicio se produce en forma de polvo para ser utilizado como abrasivo en ruedas abrasivas y herramientas de corte. Desde entonces, ha tenido muchas aplicaciones, por ejemplo en los frenos de los coches, los embragues de los automóviles, los chalecos antibalas, los LED, los semiconductores, los espejos de los telescopios astronómicos, los termistores, los varistores, los elementos de calentamiento de los hornos eléctricos, así como la producción de grafeno o de simuladores de diamante.

Piezas impresas con Zetamix Carbide Silicon

Imagen 2: Piezas impresas en 3D con el filamento cerámico Zetamix Silicon Carbide. Fuente: Nanoe.

El carborundo es un material extremadamente duro debido a su estructura única formada por tetraedros (pirámides triangulares) de átomos de carbono y silicio con enlaces muy fuertes en la red cristalina. Esta dureza va acompañada de un alto módulo elástico y una relativa ligereza. El carburo de silicio también es muy resistente al desgaste, la corrosión y la oxidación. El carburo de silicio tiene una buena conductividad eléctrica (de ahí su uso como semiconductor), un bajo coeficiente de expansión térmica y mantiene la estabilidad mecánica a altas temperaturas, lo que lo convierte en un material resistente al choque térmico.

La elevada rigidez del filamento de carburo de silicio dificulta su mecanizado, ya que el material se vuelve quebradizo y requiere técnicas de esmerilado con diamante. Nanoe recomienda dar forma a la pieza impresa en 3D con el filamento de carburo de silicio antes del sinterizado, obteniendo así formas innovadoras y evitando las dificultades de mecanizado.

El filamento de carburo de silicio Zetamix puede utilizarse para imprimir en 3D piezas con una excelente resistencia química, mecánica y térmica para diversos sectores en la mayoría de las impresoras 3D FFF clásicas a 120 ºC. Una vez impresa la pieza en 3D, debe pasar por el proceso de debinding y sinterización, y el resultado será una pieza de carburo de silicio 100 % con propiedades avanzadas y muchas aplicaciones potenciales.

Información general
Fabricante	Nanoe (Zetamix)
Material	Cerámica + aglutinante
Formato	500 g
Densidad	- g/cm³
Diámetro de filamento	1.75 mm
Cantidad de carga (volumen)	52 %
Cantidad de carga (masa)	78 %

Propiedades mecánicas
Alargamiento a la rotura	- %
Resistencia a la tracción	- MPa
Módulo de tracción	- MPa
Resistencia a la flexión	- MPa
Módulo de flexión	- MPa
Dureza superficial	Shore 56 D

Propiedades de impresión
Temperatura de impresión	120 ºC
Temperatura de base/cama	50 ºC
Ventilador de capa	100 %
Velocidad de impresión recomendada	15 - 30 mm/s
Diámetro nozzle recomendado	Min. 0.4 mm

Propiedades térmicas
Temperatura de reblandecimiento	- ºC

Propiedades de sinterizado
Temperatura máxima	2000 ºC

Otras
HS Code	8108.9060

Para asegurarse de que las impresiones en 3D con el filamento de carburo de silicio de Zetamix tengan éxito, es recomendable leer la Guía de diseño (descargas). Contiene consejos sobre qué parámetros utilizar para conseguir las piezas deseadas.

Para imprimir en 3D geometrías complejas con materiales de soporte, el filamento de carburo de silicio puede utilizarse como soporte propio. También se puede utilizar un material de soporte soluble. Para conseguir una gran calidad de superficie se deben imprimir al menos 3 capas superiores densas entre la estructura de soporte y la pieza.

Para obtener la mejor calidad de superficie, el fabricante recomienda utilizar una superficie de impresión de vidrio. Para imprimir en 3D con el filamento de carburo de silicio Zetamix debe utilizarse una boquilla con un diámetro de entre 0,4 mm y 1,0 mm (se recomienda 0,6 mm). Se puede utilizar un baño de ultrasonidos para separar la pieza de la placa de impresión.

El proceso de debinding consta de dos pasos: debinding con disolvente y debinding térmico:

Debinding con disolvente: este paso debería eliminar aproximadamente el 12 % del peso de la pieza.

Baño de disolvente: la pieza debe sumergirse en un baño de acetona a 40 ºC. Este paso llevará un mínimo de 2 horas o más, dependiendo del grosor de la pared y de la geometría de la pieza.

Secado: Una vez sacadas del baño de acetona, las piezas deben secarse al aire libre sobre un pañuelo de papel. Al igual que en el paso anterior, esto puede llevar 2 o más horas, dependiendo de la geometría de la pieza y del grosor de la pared.

2. Debinding térmico: las piezas deben colocarse en un crisol sobre un lecho de polvo refractario. De esta forma, se acomodará la contracción y se sostendrá la pieza durante el debinding. El proceso probado y recomendado dura 3,5 días y consiste en aumentar gradualmente la temperatura de 20 ºC a 700 ºC a un ritmo de 10 ºC por hora.

El proceso de sinterización requiere temperaturas superiores a los 2000 ºC, por lo que debe contratarse con el fabricante con la ayuda del cupón de sinterización Nanoe. Esto se debe a que el horno de sinterización tubular Zetamix sólo puede alcanzar temperaturas de hasta 1550 ºC.

Hay que tener en cuenta que se producirá un cambio de volumen debido a la contracción (16-22 %) y que la escala en las láminas debe modificarse antes de la impresión 3D (véase la Guía de Diseño en Descargas). El proceso de sinterización tiene tres pasos que se resumen a continuación:

RT > 150°C a un ritmo de 100°C/h, bajo vacío secundario, en 1 hora y 30 minutos.
150°C > 2200°C a un ritmo de hasta 300°C/h, 1 hora de mantenimiento, bajo vacío parcial (90 mb de argón) en 8 horas y 20 minutos.
2200°C > RT a un ritmo máximo de 300 °C/h, retorno al vacío secundario bajo 1000°C, en 7 horas y 20 minutos.

Puede encontrar más información sobre el proceso de debinding y sinterización con el filamento de carburo de silicio Zetamix, así como sobre los parámetros de impresión, en el documento de directrices de la sección de descargas.