Componentes múltiples materiales de cerámica – aditivos de fabricación de componentes de Zirconia en blanco y negro por impresión 3D termoplástica (CerAM - T3DP)

Este método puede ayudar a abrir la puerta de los componentes cerámicos a múltiples aplicaciones como reactores cerámicos, herramientas de cirugía o productos de lujo personalizados. La principal ventaja de esta técnica es que la posición de algún material ocurre selectivamente. Y la certificación de algún material se produce independientemente de algunas propiedades materiales.

Primero tuvimos la idea de este método cuando pensamos en la adaptación de nuestros conocimientos en el campo de los enfoques multimateriales a la fabricación aditiva. Para hacer la suspensión termoplástica, primero seleccione los polvos. La fabricación aditiva de objetos blancos y negros requiere dos polvos.

En este caso, las opciones son zirconia black-1 y zirconia white-1. Que tienen temperaturas de centrado comparables. Obtenga imágenes de microscopio electrónico de barrido de emisiones de campo de ambos polvos para caracterizar algunos con respecto a la forma de las partículas y el área de la superficie.

Aquí el diámetro medio de partículas de las partículas blancas de circonio es aproximadamente 4/10 de un micrómetro. Como se mide con un difractómetro láser, las partículas negras de circonio tienen un diámetro promedio de 1/2 metro. Pase para preparar las suspensiones en un disuelto calentable.

Preparar cada suspensión por separado con el disuelto a 100 grados centígrados derritiendo una mezcla de parafina y cera de abeja. Antes de continuar, compruebe el recipiente para asegurarse de que el derretimiento está completo. Una vez finalizada la fusión, homogeneizar la mezcla de polímeros.

A continuación, reduzca la velocidad del disco de resolución. Luego, durante varios pasos, agregue lentamente uno de los polvos de circonio, por lo que se convierte en 40% de la mezcla por volumen. Después de fundir la parafina, la cera de abeja y otros componentes químicos, homogeneizar la mezcla de polímeros.

A continuación, reduzca la velocidad del disco disuelto. Luego, durante varios pasos, agregue lentamente uno de los polvos de circonio, por lo que se convierte en 40% de la mezcla por volumen. Deténgase cuando el contenido de polvo sea 40% por volumen.

El valor objetivo para las suspensiones en blanco y negro. A continuación, revuelva la mezcla de polímero en polvo durante dos horas a 100 grados centígrados. Después de agitar, asegúrese de que la mezcla se homogeneiza antes de lo anterior.

A medida que se crearon, caracterizar cada suspensión fundida utilizando un reómetro. Trazar la viscosidad dinámica en función de la velocidad de cizallamiento para diferentes temperaturas. Estos datos son para zirconia black-1, y zirconia white-1 a dos temperaturas diferentes.

Para una suspensión y temperatura dadas, asegúrese de que la viscosidad dinámica esté por debajo de 100 segundos pascal para una velocidad de cizallamiento de 10 por segundo. Por debajo de 20 segundos pascal para una tasa de cizallamiento de 100 por segundo. Y por debajo de un segundo pascal para una tasa de cizallamiento de 5000 por segundo.

Si es necesario, modifique la viscosidad dinámica aumentando la temperatura o añadiendo mezcla de polímeros. Comience a trabajar con un dispositivo de impresión 3D termoplástico. Este dibujo representa los dispositivos tres sistemas de micro dosificación.

Que puede funcionar simultáneamente o individualmente. También se muestra el escáner de perfil utilizado para ayudar a caracterizar la salida del cabezal de impresión. Este es el cabezal de impresión 3D termoplástico tal como aparece en el sistema de impresión.

Seleccione dos de los dispensadores que desea utilizar. Para la fabricación aditiva en blanco y negro, añada la suspensión negra a un dispensador y la suspensión blanca al otro. Cuando esté listo, experimente variando la frecuencia de deposición, las velocidades del eje y otros parámetros para gotas individuales y cadenas de gotas.

Utilice el escáner de perfil, que utiliza un láser azul para recopilar datos para caracterizar la salida. Identifique los parámetros de dosificación para que las gotas de ambos materiales tengan las mismas características. Ajuste la distancia entre gotas individuales para evitar diferencias en las alturas de los diferentes materiales.

Aquí hay ejemplos de cadenas de gotas y gotas individuales, producidas con diferentes parámetros y utilizando suspensiones en blanco y negro. Revise la salida de un rango de parámetros para la forma, el volumen y la homogeneidad. Después de determinar los parámetros de impresión, decida la pieza deseada.

Utilice un modelo 3D generado de la pieza y guarde el archivo de modelos en un formato de fabricación aditiva. En el software Slicer, asigne los dos materiales a las diferentes áreas de componentes asignando el sistema de micro dispensing correspondiente. Genere y cargue los códigos G en la impresora.

Asegúrese de que los parámetros están establecidos e inicie el trabajo. La impresión de esta pieza tomará alrededor de una hora a ocho milímetros por segundo. Recupere la muestra cuando se complete el proceso de construcción.

En este punto, el ejemplo está listo para la desvinculación. Tome la muestra para prepararla para la desvinculación. Coloque la muestra en una pantalla gruesa a un lecho de polvo de alúmina para el soporte y la distribución de la temperatura.

A continuación, coloque el lecho de polvo con la muestra en un horno de atmósfera de aire. Y ajuste el programa de calefacción y refrigeración para garantizar una unión libre de defectos. Recupere la muestra cuando esté a temperatura ambiente.

Y continúe con los siguientes pasos. Retire la muestra del polvo de la cama. A continuación, retire cuidadosamente cualquier polvo de cama con un cepillo fino.

Para una segunda desvinculación, coloque la muestra en muebles de horno de alúmina. Vuelva al horno de atmósfera de aire y utilice una velocidad de calentamiento más rápida y la misma tasa de enfriamiento para la muestra. Después de enfriar, lleve la muestra a un horno de centrado de atmósfera de aire.

Centra la muestra a 1.350 grados centígrados, durante dos horas. Esta es la pieza fabricada al final de los pasos de desvinculación y centrado, junto con su modelo 3D. Utilice un escáner 3D para caracterizar la contracción de los componentes, que debe ser de aproximadamente el 20% en cada dirección.

Realice una caracterización adicional en muestras impresas cortadas y pulidas. Esta imagen de microscopía electrónica de barrido de emisiones de campo es de la sección transversal en la interfaz de la cepillador entre la zirconia centrada blanco-1 y la circonia negra-1. Obtenga más información con el análisis espectroscópico de rayos X dispersivos de energía de las dos regiones.

Al buscar picos asociados con la alúmina, los resultados indican que se produce más cruz de alúmina en la circonia negra-1. Estos puntos de medición se encuentran dentro de la región negra de zirconia. Su composición se revela con espectroscopia de rayos X dispersiva de energía.

Los espectros de este análisis más detallado, muestra que la microestructura negra de zirconia tiene alúmina precipitada. Una vez dominada, esta técnica puede cambiar la forma de diseñar y utilizar componentes cerámicos. Durante el uso de esta tecnología hay que recordar que es sólo una tecnología de modelado.

Y los cuerpos verdes tienen que ser desbindados y centrados para lograr las propiedades cerámicas finales. Después de ver este video, usted debe tener una buena comprensión de cómo combinar, materiales cerámicos por fabricación aditiva.