Composants de base de céramique multi-matériaux – additif de fabrication des composants de la zircone en noir et blanc par impression 3D thermoplastique (CerAM - T3DP)

Cette méthode peut aider à ouvrir la porte pour les composants en céramique à des applications multiples telles que les réacteurs en céramique, outils de chirurgie, ou des produits de luxe personnalisés. Le principal avantage de cette technique est que la position de certains matériaux se produit sélectivement. Et la certification de certains matériaux se produit indépendamment de certaines propriétés matérielles.

Nous avons d’abord eu l’idée de cette méthode lorsque nous avons pensé à l’adaptation de nos connaissances dans le domaine des approches multi-matériaux à la fabrication additive. Pour faire la suspension thermoplastique, sélectionnez d’abord les poudres. La fabrication additive d’objets noirs et blancs nécessite deux poudres.

Dans ce cas, les choix sont zirconia noir-1 et zirconia blanc-1. Qui ont des températures de centrage comparables. Obtenir des images de microscope électronique à balayage des émissions sur le terrain des deux poudres pour en caractériser certaines en ce qui concerne la forme des particules et la surface.

Ici, le diamètre moyen des particules blanches zirconia est d’environ 4/10 d’un micromètre. Mesurées à l’aide d’un diffractomètre laser, les particules noires zirconia ont un diamètre moyen de 1/2 micromètre. Passez à la préparation des suspensions dans un dissolvant chauffant.

Préparer chaque suspension séparément avec le dissolvant à 100 degrés Celsius en faisant fondre un mélange de paraffine et de cire d’abeille. Avant de continuer à vérifier le navire pour s’assurer que la fonte est terminée. Une fois la fonte terminée, homogénéiser le mélange de polymères.

Ensuite, réduisez la vitesse du disque resolver. Puis, sur plusieurs étapes, ajouter lentement l’une des poudres de zirconia, de sorte qu’il devient 40% du mélange en volume. Après avoir fait fondre la paraffine, la cire d’abeille et d’autres composants chimiques, homogénéisez le mélange de polymères.

Ensuite, réduisez la vitesse du disque de dissolution. Puis, sur plusieurs étapes, ajouter lentement l’une des poudres de zirconia, de sorte qu’il devient 40% du mélange en volume. Arrêtez lorsque la teneur en poudre est de 40% en volume.

La valeur cible des suspensions noires et blanches. Ensuite, remuer le mélange de polymère en poudre pendant deux heures à 100 degrés Celsius. Après remuer, assurez-vous que le mélange est homogénéisé avant la précédente.

Au fur et à mesure qu’ils créent, caractérisez chaque suspension en fusion à l’aide d’un rhéomètre. Tracez la viscosité dynamique en fonction du taux de cisaillement pour différentes températures. Ces données sont pour zirconia noir-1, et zirconia blanc-1 à deux températures différentes.

Pour une suspension et une température données, assurez-vous que la viscosité dynamique est inférieure à 100 secondes pascal pour un taux de cisaillement de 10 par seconde. Moins de 20 secondes pascal pour un taux de cisaillement de 100 par seconde. Et en dessous d’une seconde pascal pour un taux de cisaillement de 5000 par seconde.

Si nécessaire, modifiez la viscosité dynamique en augmentant la température ou en ajoutant le mélange de polymères. Commencez à travailler avec un dispositif d’impression 3D thermoplastique. Ce dessin représente les dispositifs trois systèmes de micro distribution.

Qui peut fonctionner simultanément ou individuellement. Également représenté est le scanner de profil utilisé pour aider à caractériser la sortie printhead. Il s’agit de la tête d’impression 3D thermoplastique tel qu’il apparaît dans le système d’impression.

Sélectionnez deux des distributeurs à utiliser. Pour la fabrication additive noir et blanc, ajouter la suspension noire à un distributeur, et la suspension blanche à l’autre. Une fois prêt, expérimentez en variant la fréquence de dépôt, les vitesses de l’axe et d’autres paramètres pour les gouttelettes simples et les chaînes de gouttelettes.

Utilisez le scanner de profil, qui utilise un laser bleu pour recueillir des données pour caractériser la sortie. Identifier les paramètres de distribution afin que les gouttelettes des deux matériaux aient les mêmes caractéristiques. Ajustez la distance entre les gouttelettes simples pour éviter les différences de hauteur pour différents matériaux.

Voici des exemples de chaînes de gouttelettes et de gouttelettes simples, produites avec des paramètres différents et utilisant des suspensions noires et blanches. Examiner la sortie d’une gamme de paramètres pour la forme, le volume et l’homogénéité. Après avoir déterminé les paramètres d’impression, décidez de la partie désirée.

Utilisez un modèle 3D généré de la pièce, et enregistrez le fichier modèles dans un format de fabrication additif. Dans le logiciel Slicer, assigner les deux matériaux aux différentes zones de composants en allouant le système de micro distribution correspondant. Générer et télécharger les codes G sur l’imprimante.

Assurez-vous que les paramètres sont définis et commencez le travail. L’impression de cette pièce prendra environ une heure à huit millimètres par seconde. Récupérez l’échantillon lorsque le processus de construction est terminé.

À ce stade, l’échantillon est prêt à être débiné. Prenez l’échantillon pour le préparer à la déroyabine. Placez l’échantillon dans un écran grossier au lit en poudre d’alumine pour le soutien et la distribution de la température.

Ensuite, mettez le lit en poudre avec l’échantillon dans un four à atmosphère d’air. Et définissez le programme de chauffage et de refroidissement pour assurer une liaison sans défaut. Récupérez l’échantillon lorsqu’il est à température ambiante.

Et continuer avec les prochaines étapes. Retirer l’échantillon de la poudre de litière. Ensuite, retirez soigneusement toute poudre de literie à l’aide d’une brosse fine.

Pour une seconde débinage, déposer l’échantillon sur des meubles en four à alumine. Retournez au four à atmosphère d’air et utilisez un taux de chauffage plus rapide et le même taux de refroidissement pour l’échantillon. Après refroidissement, prendre l’échantillon dans un four centré sur l’atmosphère de l’air.

Centrez l’échantillon à 1350 degrés Celsius, pendant deux heures. Il s’agit de la pièce fabriquée à la fin des étapes de débinage et de centrage, avec son modèle 3D. Utilisez un scanner 3D pour caractériser le rétrécissement des composants, qui devrait être d’environ 20% dans chaque direction.

Effectuez d’autres caractérisations sur des échantillons imprimés coupés et polis. Cette image de microscopie électronique de balayage d’émissions de champ est de la section transversale à l’interface de planeur entre zirconia blanc-1 centré et zirconia noir-1. Obtenez plus d’information avec l’analyse spectroscopique dispersive d’énergie des deux régions.

Lors de la recherche de pics associés à l’alumine, les résultats indiquent que plus de croix d’alumine se produit dans zirconia noir-1. Ces points de mesure se trouvent dans la région noire de zirconia. Leur composition est révélée par une spectroscopie aux rayons X dispersive d’énergie.

Les spectres de cette analyse plus détaillée, montre la microstructure noire zirconia a l’alumine précipitée. Une fois maîtrisée, cette technique peut changer la façon de concevoir et d’utiliser des composants céramiques. Tout en utilisant cette technologie, vous devez vous rappeler que ce n’est qu’une technologie de mise en forme.

Et les corps verts doivent être débinés et centrés pour atteindre les propriétés céramiques finales. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de combiner, matériaux céramiques par la fabrication additive.