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Materials, technologies and challenges of ceramics 3D printing: from biomedical devices to buildings
01TIZKI
A.A. 2024/25
Course Language
Inglese
Degree programme(s)
Doctorate Research in Scienza E Tecnologia Dei Materiali - Torino
Course structure
| Teaching | Hours |
|---|---|
| Lezioni | 30 |
Lecturers
| Teacher | Status | SSD | h.Les | h.Ex | h.Lab | h.Tut | Years teaching |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Coppola Bartolomeo | Professore Associato | IMAT-01/A | 18 | 0 | 0 | 0 | 1 |
Co-lectures
Context
| SSD | CFU | Activities | Area context | *** N/A *** |
|---|
Il corso fornisce una panoramica dei sistemi di produzione additiva dei materiali ceramici tradizionali (argilla, malte e calcestruzzi, geopolimeri ed alcali-attivati) ed avanzati (zirconia, allumina, idrossiapatite). Partendo da una panoramica delle diverse tecnologie e dalle caratteristiche che i materiali di partenza devono possedere (sottoforma di polveri, liquidi e solidi), verrà presentato uno stato dell'arte di queste tecnologie e dei principali materiali utilizzati in diverse applicazioni (biomedicale, automotive, aerospaziale, costruzioni ecc.). Saranno quindi analizzate le potenzialità e le limitazioni di queste tecnologie, mostrando le sfide principali da affrontare nel prossimo futuro.
This course provides an overview of the additive production systems of traditional (clay, mortars and concretes, geopolymers, etc.) and advanced (zirconia, alumina, hydroxyapatite, etc.) ceramic materials. Starting from an overview of the different technologies and the characteristics that the raw materials need (as powders, liquids and solids), a state of the art of these technologies and the main materials used in different applications (biomedical, automotive, aerospace, construction, etc.) will be presented. Moreover, the potential and limitations of these technologies will be analyzed, showing the main challenges to be faced in the next future.
Conoscenze di base sulla scienza e tecnologia dei materiali
Basic knowledge about material science and technology
Breve richiamo dei fondamenti dei materiali ceramici: caratteristiche e proprietà dei materiali ceramici tradizionali ed ingegneristici, tecniche tradizionali di formatura, reazioni di idratazione del cemento e geopolimeri, sinterizzazione (diffusione, ritiro e porosità). [6h]
Dall’idea al modello 3D: software utilizzati per la modellazione CAD, file .stl e G-code, verifica della stampabilità ed uso di supporti. [1,5h]
Panoramica delle tecnologie di stampa 3D utilizzate per i materiali ceramici, a seconda delle materie prime di partenza (liquide, polveri e solidi):
- Stereolitografia (SLA);
- Digital Light Processing (DLP);
- Direct Ink Writing (DIW);
- Fused Deposition Modeling (FDM);
- Binder Jetting (BJ);
- Selective laser sintering (SLS);
- Selective laser melting (SLM).
Per ciascuna tecnologia verranno analizzati i vantaggi e gli svantaggi, le caratteristiche delle materie prime (dimensione delle polveri, reologia delle sospensioni, viscosità delle paste, ecc.) e gli step di post-processing. [10,5h]
Approfondimento relativo alla stampa 3D di materiali ceramici per applicazioni biomedicali (allumina, zirconia, idrossiapatite, compositi, ecc.) per la realizzazione di scaffolds, corone dentali, impianti, ecc. Sarà presentato uno stato dell’arte e verranno discusse le ricerche più innovative ed esempi reali di manufatti ceramici stampati 3D testati in vitro ed in vivo. Saranno inoltre discussi alcuni esempi già presenti sul mercato. [6h]
Approfondimento relativo alla stampa 3D di materiali ceramici nel settore dell'ingegneria civile, edile e del design (argilla, malte, calcestruzzi, geopolimeri, ecc.). Sarà presentato uno stato dell’arte e verranno discusse le ricerche più innovative ed esempi reali (prototipi di case, ponti, passerelle, oggetti di arredo, ecc.). [6h]
Il corso si concluderà con la visita presso il laboratorio di Ceramic 3D-Printing presso il DISAT, in cui sono presenti una stampante DLP ed una DIW. Nel corso della visita si potranno osservare le due stampanti in funzione e sperimentare quanto appreso durante il corso.
Short review of ceramics fundamentals: characteristics and properties of traditional and advanced ceramic materials, traditional forming techniques, cement hydration reactions and geopolymers, sintering (diffusion, shrinkage and porosity). [6h]
From the idea to the 3D model: software used for CAD modelling, .stl and G-code files, printability tests and use of supports. [1.5h]
Overview of the 3D printing technologies used for ceramic materials, according to the raw materials (liquid, powder and solid).
- Stereolithography (SLA);
- Digital Light Processing (DLP);
- Direct Ink Writing (DIW);
- Fused Deposition Modeling (FDM);
- Binder Jetting (BJ);
- Selective laser sintering (SLS);
- Selective laser melting (SLM).
For each technology, the advantages and disadvantages, the characteristics of the raw materials (size of the powders, rheology of the suspensions, viscosity of the pastes, etc.) and post-processing steps will be analysed. [10,5h]
Focus related to the 3D printing of ceramic materials for biomedical applications (alumina, zirconia, hydroxyapatite, composites, etc.) for the creation of scaffolds, dental crowns, implants, etc. A state of the art will be presented and the most innovative researches and 3D printed ceramic commercial devices already on the market will be discussed as well. [6h]
Focus related to the 3D printing of ceramic materials in the civil, construction and design sectors (clay, mortars, concretes, geopolymers, etc.). A state of the art will be presented and the most innovative researches and case-studies (prototypes of houses, bridges, walkways, furnitures, etc.) will be discussed as well. [6h]
The course will end with a visit to the Ceramic 3D-Printing laboratory at DISAT where are located a DLP and a DIW 3D printers. During the visit, you will be able to observe the two 3D printers in the operative state and experience what you learned during the course.
Modalità mista
Mixed mode
Presentazione orale - Sviluppo di project work in team
Oral presentation - Team project work development
P.D.2-2 - Maggio
P.D.2-2 - May
Il corso sarà suddiviso in lezioni da 3h (1 o 2 lezioni la settimana) a partire dal mese di Maggio
The course will be divided into 3-hour lessons (1 or 2 lessons per week) starting from May