Bosch Advanced Ceramics dévoile le premier microréacteur en céramique imprimé en 3D au monde

Jan 14, 2024

Bosch Advanced Ceramics, en collaboration avec la société chimique BASF et l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT), a développé ce qu'il prétend être le premier microréacteur imprimé en 3D au monde en matériau céramique technique.

Un microréacteur est un dispositif à petite échelle conçu pour abriter et faciliter des réactions chimiques. Pour résister aux conditions souvent extrêmes créées par ces réactions, les microréacteurs doivent être stables à la fois dans des conditions de chaleur élevée et de corrosion, mais peu de matériaux offrent de telles propriétés.

Bosch Advanced Ceramics a maintenant combiné son expertise en technologie céramique avec la fabrication additive pour permettre une application unique en son genre. Le microréacteur est utilisé par BASF dans des applications de recherche quotidiennes, permettant à l'entreprise de surveiller ses réactions chimiques dans les conditions de température nécessaires.

"Pour contrôler et surveiller une réaction chimique, un réacteur doit avoir une dureté, une résistance à la chaleur et des structures complexes à l'intérieur", explique Klaus Prosiegel, directeur des ventes chez Bosch Advanced Ceramics. "La céramique technique imprimée en 3D apporte ces excellentes propriétés à la table."

Le marché de la céramique technique

Selon le cabinet d'études Data Bridge, le marché mondial des céramiques techniques devrait représenter environ 16 milliards d'euros d'ici 2029. La classe de matériaux est très polyvalente et demandée dans une grande variété de secteurs.

Par exemple, en médecine, les matériaux de Bosch Advanced Ceramics sont utilisés pour fabriquer des ciseaux bipolaires capables de couper les tissus et d'arrêter les saignements simultanément. Un courant électrique traversant le métal des lames chauffe le tissu pour le sceller, tandis que la céramique technique agit comme un isolant pour empêcher les lames métalliques de se court-circuiter. Cela peut rendre la chirurgie à la fois plus sûre et plus rapide.

De même, dans le secteur de l'énergie, les céramiques techniques de l'entreprise offrent une excellente résistance thermique et conductivité ionique pour une utilisation dans les empilements de piles à combustible. L'industrie de la mobilité fabrique également souvent ses capteurs de distance en céramique technique, aidant les conducteurs à garer leur voiture dans des endroits exigus.

Un microréacteur en céramique imprimé en 3D

Au milieu de la pléthore d'applications avancées, Bosch a reconnu que la céramique technique pouvait également constituer d'excellentes chambres de réaction. Le défi consistait à trouver un processus de production capable de fabriquer les structures complexes nécessaires à ce microréacteur particulier - des structures qui seraient autrement impossibles avec la fabrication traditionnelle.

En optant pour l'impression 3D, les partenaires ont constaté que le réacteur nécessitait moins de matières premières et beaucoup moins d'énergie qu'un gros réacteur conventionnel. BASF utilise maintenant le dispositif imprimé en 3D pour mener des expériences à plus petite échelle et extrapoler les résultats avant de passer à des projets à plus grande échelle.

Prosiegel explique : "C'est comme si un chef essayait une nouvelle recette à petite échelle avant de mettre le plat au menu."

En ce qui concerne les prochaines étapes, les partenaires ont maintenant l'intention d'imprimer en 3D 10 à 20 autres réacteurs avec exactement la même conception pour BASF. Prosiegel voit également un brillant avenir pour la céramique technique dans le secteur chimique dans son ensemble, affirmant que chaque creuset de laboratoire est en céramique technique, après tout.

Il s'agit peut-être du premier exemple d'un microréacteur en céramique imprimé en 3D, mais l'industrie de l'énergie a certainement déjà des composants de réacteur imprimés en 3D. Pas plus tard que le mois dernier, un ensemble de composants de combustible fabriqués de manière additive a été installé dans des centrales nucléaires à travers la Scandinavie. Appelés filtres StrongHold AM, les filtres à débris de combustible nucléaire ont été imprimés en 3D par Westinghouse Electric Sweden et sont les premiers du genre à être approuvés pour une utilisation finale.

Ailleurs, l'Ultra Safe Nuclear Corporation (USNC), basée à Seattle, a récemment autorisé une nouvelle méthode d'impression 3D de composants pour les réacteurs nucléaires en utilisant des matériaux réfractaires tels que le carbure de silicium. Développée par le laboratoire national d'Oak Ridge, la méthode combine des techniques d'impression 3D par jet de liant avec un processus d'infiltration chimique en phase vapeur.

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L'image en vedette montre BASF surveillant une réaction chimique à l'intérieur d'une machine d'inspection visuelle. Photo via Bosch Advanced Ceramics.

Kubi Sertoglu est titulaire d'un diplôme en génie mécanique, combinant une affinité pour l'écriture avec une formation technique pour fournir les dernières nouvelles et critiques en matière de fabrication additive.