Additive Manufacturing funktional abgestufte keramischer Werkstoffe durch Stereolithographie

Die additive Fertigung von funktional abgestuften Keramikkomponenten unter Verwendung von lithographischen, freibasierten Keramikfertigungstechnologien kann dazu beitragen, innovative funktionsoptimierte medizinische Implantatstrukturen zu entwickeln. Der Hauptvorteil dieser additiven Fertigungstechnik ist ihre hohe Auflösung. Die Herstellung von keramischen Komponenten mit Stereolithographie-basierten Methoden liefert hochpräzise und hochdichte Teile.

Verwenden Sie für dieses Verfahren hochreine Keramikpulver mit einer Aminpartikelgröße von weniger als 0,5 Mikrometern, einer schmalen Partikelgrößenverteilung und einer spezifischen Oberfläche von etwa sieben Quadratmetern pro Gramm. In einer Schleifschüssel das Pulver und das absolute Ethanol im 80-20-Massenverhältnis kombinieren. Fügen Sie ein bis zwei Millimeter Durchmesser Mühlenkugeln in einer gleichen Masse zum Pulver.

Fügen Sie dann etwa 0,5 bis 2 Gewichtsprozent des Dispergierungsmittels hinzu, abhängig von der Pulvermenge. Fräsen Sie die Mischung für 2 Stunden bei 250 RPM in einer planetarischen Kugelmühle. Anschließend entfernen Sie die Mühlenkugeln mit einem Siv, mit 500 Mikrometer Öffnungen.

Die Suspension bei Raumtemperatur 12 Stunden trocknen lassen und dann bei 110 Grad Celsius 24 Stunden weiter trocknen. Schleifen Sie das trockene Material durch eine Siv mit Netzöffnungen von 100 bis 500 Mikrometern, um das deagglomerierte funktionalisierte Pulver zu erhalten. Als nächstes mischen Sie in der Dose einer Planetenkugelmühle einen Photoinitiator, der bei der im Druckgerät verwendeten Wellenlänge aktiviert ist, organische Querlinker und Bindemittel sowie einen Weichmacher.

Fügen Sie fünf bis zehn Mühlenkugeln aus dem Keramikmaterial mit Durchmessern von fünf bis zehn Millimetern hinzu. Homogenisieren Sie die Mischung für vier Minuten bei 1000 RPM. Führen Sie dann das Pulver in das Gemisch ein und homogenisieren Sie es vier Minuten bei 1000 Umdrehungen pro Minute, 45 Sekunden bei 1500 Umdrehungen pro Minute und 30 Sekunden bei 2000 RPM.

Kühlen Sie die Dose anschließend mit Wasser ab. Wenn die Mischung inhomogen erscheint, wiederholen Sie den Vorgang. Als nächstes legen Sie etwa 1 Milliliter der keramischen gefüllten Harzschlämme auf die Platte eines Rheometers, konfiguriert für einen Rotationstest.

Erhöhen Sie die Scherrate von 0,1 auf 1000 Wechselsekunden bei einer konstanten Temperatur von 20 Grad Celsius, während Sie das Drehmoment messen. Vergewissern Sie sich, dass die Federung ein Scherverdünnungsverhalten mit einer dynamischen Viskosität unter 600 Pascal Sekunden, für eine Scherrate von 0,1 Sekunden und unter 10 Pascal Sekunden für Scherraten von 10 bis 300 Sekunden zeigt. Schließlich bewerten Sie das Aushärtungsverhalten, indem Sie oszillierende Messungen vor, während und nach der Aushärtung durch UV-Licht durchführen.

Richten Sie ein digitales Lichtverarbeitungs-Stereolithographie-Druckgerät ein. Bestätigen Sie, dass die Aushärtungstiefe mindestens der der gewählten Gebäudeschichten entspricht und vorzugsweise um ein Vielfaches dicker ist. Generieren Sie dann eine 3D-Modelldatei der Komponente mit computergestützter Entwurfssoftware.

Schneiden Sie das Komponentenmodell in Schichten mit der entsprechenden Dicke auf, und speichern Sie die Datei in einem Konturformat für die Sereolithographie. Übertragen Sie diese Datei per Netzwerk oder USB auf das Druckgerät. Erstellen Sie ein Druckprogramm, und legen Sie die Aushärtungszeit pro Schicht, Gießgeschwindigkeit, Gebäudeplattformgeschwindigkeit und andere Parameter fest.

Dann füllen Sie das Druckgerätereservoir etwa auf halbem Weg mit der vorbereiteten Keramikharzschlämme. Pumpen Sie die Gülle durch das System, bis es mit dem Nachfüllen des Reservoirs beginnt. Befestigen Sie eine Metalldruckplatte per Vakuumabsaugung an der Gebäudeplattform, und starten Sie das Druckprogramm.

Füllen Sie das Reservoir während des Druckvorgangs nach Bedarf nach. Schalten Sie nach Fertigstellung das Vakuum aus, während Sie die Druckplatte halten, um die Komponente abzurufen. Verwenden Sie Isopropylalkohol oder ein anderes mildes organisches Lösungsmittel, um die verbleibende Gülle zu reinigen, und lassen Sie das Bauteil dann bei Raumtemperatur in einem belüfteten Bereich trocknen.

Debinden und sintern Sie das Bauteil anschließend, um die Fertigung abzuschließen. Dieses hochreine Aluminiumoxidpulver wurde deagglomeriert und funktionalisiert mit Disperant. Beim Trocknen wurde das funktionalisierte Pulver neu agglomeriert, aber gleichmäßig in Polymerharz redispergiert.

Für Suspensionszusammensetzungen mit unterschiedlichen Pulvergehalten wurden di- und tetrafunktionelle Querverlinker-Verhältnisse sowie die Gesamtenbinder-Kreuzlinker-Verhältnisse ausgewertet. Alle vier Suspensionen hatten das gewünschte Scherverdünnungsverhalten, aber nur Die Zusammensetzung zeigte das optimale Suspensionsflussverhalten. Wenn die dynamische Viskosität zu hoch ist, könnte sie das Gießen dünner Gülleschichten aufgrund mangelnder Strömung behindern.

Eine zu geringe dynamische Viskosität kann dazu führen, dass die Gülle frei unter die Gießklinge oder in eine instabile Suspension fließt. Bevor die Keramikharzsuspension dem Licht ausgesetzt wurde, blieb der Scherspeichermodul in etwa konstant. Die optimale Aushärtungszeit, um die minimale notwendige Festigkeit ohne Überhärtung zu erreichen, betrug zwei bis drei Sekunden.

Eine Belichtung von mehr als vier Sekunden kann zu Sprödigkeit durch Überhärtung führen. Mit optimaler Aluminus-Güllezusammensetzung und Belichtungszeiten wurde diese Versuchskomponente mit einer dichten Außenhülle und einem porösen knochenartigen Zentralkern defektfrei hergestellt, mit einer extrem geringen Porosität und hohen Dichte in den Schüttgutbereichen. Die in diesem Artikel vorgestellte Technik ist für den Umgang mit Viskose-Keramikharzmischungen konzipiert, um die bei der Herstellung funktional abgestufter Materialien erforderliche hohe Präzision zu erreichen.

Die vorliegende Technik ebnet den Weg für Ergebnisse in der keramischen Fertigung, um fotoreaktive Keramiksuspensionen zu entwickeln. Sie können in lyrica freibasierte Keramik-Additiv-Fertigung verwendet werden, um hochwertige Keramikkomponenten zu produzieren.