-Multimaterial Keramik-basierte Komponenten – Additive Fertigung von schwarz-weiß-Zirkonia-Komponenten von thermoplastischen 3D-Druck (CerAM - T3DP)

Diese Methode kann helfen, die Tür für keramische Komponenten für vielfältige Anwendungen wie Keramikreaktoren, Operationswerkzeuge oder maßgeschneiderte Luxusprodukte zu öffnen. Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass die Position eines Materials selektiv erfolgt. Und die Zertifizierung eines Materials erfolgt unabhängig von einigen Materialeigenschaften.

Die Idee zu dieser Methode hatten wir zum ersten Mal, als wir über die Anpassung unseres Wissens auf dem Gebiet der multimateriellen Ansätze an die additive Fertigung nachdachten. Um die thermoplastische Suspension herzustellen, wählen Sie zuerst die Pulver aus. Die additive Herstellung von schwarz-weißen Objekten erfordert zwei Pulver.

In diesem Fall sind die Optionen Zirkonia black-1 und Zirkonia white-1. Die vergleichbare Zentriertemperaturen haben. Erhalten Sie Rasterelektronenmikroskopbilder von beiden Pulvern, um einige in Bezug auf Partikelform und Oberfläche zu charakterisieren.

Hier beträgt der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Zirkonia-Weißpartikel etwa 4/10 eines Mikrometers. Wie mit einem Laserdiffraktometer gemessen, haben die Zirkonia-Schwarzpartikel einen durchschnittlichen Durchmesser von 1/2 pro Mikrometer. Fahren Sie fort, um die Suspensionen in einem beheizbaren Löser vorzubereiten.

Bereiten Sie jede Suspension separat mit dem Dissolver bei 100 Grad Celsius vor, indem Sie eine Mischung aus Paraffin und Bienenwachs schmelzen. Bevor Sie fortfahren, überprüfen Sie das Gefäß, um sicherzustellen, dass das Schmelzen abgeschlossen ist. Nach dem Schmelzen die Polymermischung homogenisieren.

Reduzieren Sie als Nächstes die Geschwindigkeit der Resolver-Disc. Dann, über mehrere Schritte, langsam eines der Zirkonia Pulver hinzufügen, so wird es 40% der Mischung volumenmäßig. Nach dem Schmelzen des Paraffins, des Bienenwachses und anderer chemischer Komponenten wird das Polymergemisch homogenisiert.

Als nächstes reduzieren Sie die Geschwindigkeit der Dissolver-Disc. Dann, über mehrere Schritte, langsam eines der Zirkonia Pulver hinzufügen, so wird es 40% der Mischung volumenmäßig. Stoppen Sie, wenn der Pulvergehalt 40% Volumen beträgt.

Der Zielwert für die schwarzen und weißen Aufhängungen. Dann rühren Sie das Pulverpolymer-Gemisch für zwei Stunden bei 100 Grad Celsius. Stellen Sie nach dem Rühren sicher, dass die Mischung vor dem Rühren homogenisiert wird.

Charakterisieren Sie bei der Erstellung jede geschmolzene Suspension mit einem Rheometer. Zeichnen Sie die dynamische Viskosität in Abhängigkeit von der Scherrate für unterschiedliche Temperaturen. Diese Daten beziehen sich auf Zirkonia black-1 und Zirkonia white-1 bei zwei verschiedenen Temperaturen.

Stellen Sie für eine bestimmte Suspension und Temperatur sicher, dass die dynamische Viskosität bei einer Scherrate von 10 pro Sekunde unter 100 Pascal Sekunden liegt. Unter 20 Pascal Sekunden für eine Scherrate von 100 pro Sekunde. Und unter einer Pascalsekunde für eine Scherrate von 5000 pro Sekunde.

Ändern Sie bei Bedarf die dynamische Viskosität, indem Sie die Temperatur erhöhen oder Polymergemische hinzufügen. Beginnen Sie mit einem thermoplastischen 3D-Druckgerät zu arbeiten. Diese Zeichnung zeigt den Geräten drei Mikrodosiersysteme.

Die gleichzeitig oder individuell arbeiten können. Ebenfalls abgebildet ist der Profilscanner, mit dem die Druckkopfausgabe charakterisiert wird. Dies ist der thermoplastische 3D-Druckkopf, wie er im Drucksystem erscheint.

Wählen Sie zwei der zu verwendenden Spender aus. Für die Herstellung von Schwarz-Weiß-Additiven fügen Sie die schwarze Aufhängung zu einem Spender und die weiße Suspension zum anderen hinzu. Wenn Sie bereit sind, experimentieren Sie, indem Sie die Abscheidungshäufigkeit, die Achsgeschwindigkeiten und andere Parameter für einzelne Tröpfchen und Tröpfchenketten variieren.

Verwenden Sie den Profilscanner, der einen blauen Laser verwendet, um Daten zu sammeln, um die Ausgabe zu charakterisieren. Identifizieren Sie Dosierparameter, damit die Tröpfchen beider Materialien die gleichen Eigenschaften aufweisen. Passen Sie den Abstand zwischen einzelnen Tröpfchen an, um Höhenunterschiede bei verschiedenen Materialien zu vermeiden.

Hier sind Beispiele für einzelne Tröpfchen und Tröpfchenketten, die mit unterschiedlichen Parametern hergestellt werden und sowohl schwarze als auch weiße Suspensionen verwenden. Überprüfen Sie die Ausgabe einer Reihe von Parametern für Form, Volumen und Homogenität. Entscheiden Sie nach der Bestimmung der Druckparameter über das gewünschte Teil.

Verwenden Sie ein generiertes 3D-Modell des Bauteils, und speichern Sie die Modelldatei in einem additiven Fertigungsformat. Weisen Sie die beiden Materialien in der Slicer-Software den verschiedenen Komponentenbereichen zu, indem Sie das entsprechende Mikrodosiersystem zuordnen. Generieren und laden Sie die G-Codes auf den Drucker hoch.

Stellen Sie sicher, dass die Parameter festgelegt sind, und starten Sie den Auftrag. Das Drucken dieses Stücks dauert etwa eine Stunde bei acht Millimetern pro Sekunde. Stellen Sie die Probe wieder her, wenn der Erstellungsprozess abgeschlossen ist.

An diesem Punkt ist die Probe zum Entbindern bereit. Nehmen Sie das Beispiel, um es für die Entbinderung vorzubereiten. Legen Sie die Probe in einem groben Sieb auf Aluminiumoxid-Pulverbett für Unterstützung und Temperaturverteilung.

Als nächstes das Pulverbett mit der Probe in einen Luftatmosphärenofen geben. Und stellen Sie das Heiz- und Kühlprogramm ein, um eine fehlerfreie Verklebung zu gewährleisten. Rufen Sie die Probe ab, wenn sie bei Raumtemperatur ist.

Und fahren Sie mit den nächsten Schritten fort. Entfernen Sie die Probe aus dem Einstreupulver. Dann entfernen Sie vorsichtig jedes Bettwäschepulver mit einer feinen Bürste.

Für eine zweite Entbinderung die Probe auf Aluminiumoxid-Ofenmöbel legen. Kehren Sie zum Luftatmosphärenofen zurück und verwenden Sie eine schnellere Heizrate und die gleiche Abkühlrate für die Probe. Nach dem Abkühlen die Probe zu einem Luftatmosphären-Zentrierungsofen bringen.

Zentrieren Sie die Probe auf 1, 350 Grad Celsius, für zwei Stunden. Dies ist das gefertigte Stück am Ende der Entbinderungs- und Zentrierschritte, zusammen mit seinem 3D-Modell. Verwenden Sie einen 3D-Scanner, um die Komponentenschrumpfung zu charakterisieren, die in jeder Richtung etwa 20 % betragen sollte.

Führen Sie weitere Charakterisierungen auf geschnittenen und polierten gedruckten Proben durch. Dieses Feld-Emissions-Rasterelektronenmikroskopie-Bild ist von dem Querschnitt an der Hobelschnittstelle zwischen zentriertem Zirkonia white-1 und Zirkonia black-1. Erhalten Sie weitere Informationen mit energiedispersiver röntgenspektroskopischer Analyse der beiden Regionen.

Bei der Suche nach Spitzen, die mit Aluminiumoxid verbunden sind, deuten die Ergebnisse darauf hin, dass mehr Aluminiumoxidkreuz in Zirkonia black-1 auftritt. Diese Messpunkte befinden sich innerhalb der zirkoniaschwarzen Region. Ihre Zusammensetzung wird mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie enthüllt.

Die Spektren aus dieser detaillierteren Analyse zeigen, dass die zirkoniaschwarze Mikrostruktur Aluminiumoxid gefällt hat. Nach der Beherrschung kann diese Technik die Art und Weise der Konstruktion und Verwendung von keramischen Komponenten verändern. Bei der Verwendung dieser Technologie müssen Sie bedenken, dass es nur eine Formtechnologie ist.

Und die grünen Körper müssen debinded und zentriert werden, um die endgültigen keramischen Eigenschaften zu erreichen. Nachdem Sie sich dieses Video angeschaut haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man keramische Materialien durch additive Fertigung kombiniert.