Fabrication additive des matériaux céramiques fonctionnellement classés par stéréolithographie

La fabrication additive de composants céramiques fonctionnellement classés en utilisant des technologies de fabrication de céramique à base de lithographie libre peut aider à développer des structures innovantes d’implants médicaux optimisés pour la fonction. Le principal avantage de cette technique de fabrication additive est sa haute résolution. La fabrication de composants en céramique à l’aide de méthodes basées sur la stéréolithographie fournit des pièces de haute précision et de haute densité.

Pour cette procédure, utilisez des poudres en céramique de haute pureté avec une taille de particules d’amine inférieure à 0,5 micromètre, une distribution étroite de la taille des particules et une surface spécifique d’environ sept mètres carrés par gramme. Dans un bol à broyer, mélanger la poudre et l’éthanol absolu dans un rapport de masse de 80 à 20. Ajouter des boules de moulin d’un à deux millimètres de diamètre dans une masse égale à la poudre.

Ensuite, ajouter environ 0,5 à 2% par poids de l’agent dispersant, selon la quantité de poudre. Moudre le mélange pendant 2 heures à 250 rpm dans un moulin à billes planétaire. Ensuite, retirer les boules du moulin à l’aide d’un siv, avec 500 ouvertures de micromètres.

Laissez sécher la suspension à température ambiante dans un capot de fumée pendant 12 heures, puis séchez-la plus loin à 110 degrés Celsius, pendant 24 heures. Moudre le matériau sec à travers un siv avec des ouvertures en maille de 100 à 500 micromètres pour obtenir la poudre fonctionnalisée déagglomée. Ensuite, dans la boîte d’un moulin à billes planétaire à grande vitesse, mélanger un photoinitiateur activé à la longueur d’onde utilisée dans le dispositif d’impression, des relieurs et des liants croisés organiques, et un plastifiant.

Ajouter cinq à dix boules de moulin faites de matériau céramique avec des diamètres de cinq à 10 millimètres. Homogénéiser le mélange pendant quatre minutes à 1000 RPM. Ensuite, introduire la poudre dans le mélange et l’homogénéiser quatre minutes à 1000 RPM, 45 secondes à 1500 RPM, et 30 secondes à 2000 RPM.

Refroidir la canœe avec de l’eau par la suite. Si le mélange semble inhomogène, répétez le processus. Ensuite, placez environ 1 millilitre de boue de résine remplie de céramique sur la plaque d’un rhéomètre, configuré pour un test de rotation.

Augmentez le taux de cisaillement de 0,1 à 1000 secondes réciproques à une température constante de 20 degrés Celsius tout en mesurant le couple. Confirmez que la suspension montre un comportement d’amincissement du cisaillement avec une viscosité dynamique inférieure à 600 secondes pascal, pour un taux de cisaillement de 0,1 seconde réciproque, et en dessous de 10 secondes pascal pour des taux de cisaillement de 10 à 300 secondes réciproques. Enfin, évaluez le comportement de séchage en prenant des mesures oscillantes avant, pendant et après le durcissement par exposition à la lumière UV.

Configurer un dispositif d’impression stéréolithographie numérique de traitement de la lumière. Confirmez que la profondeur de séchage est au moins la même que les couches de construction choisies, et de préférence plusieurs fois plus épaisse. Ensuite, générer un fichier de modèle 3D du composant avec un logiciel de conception assistée par ordinateur.

Découpez le modèle de composant en couches de l’épaisseur appropriée et enregistrez le fichier dans un format de contour de séréolithographie. Transférez ce fichier sur le périphérique d’impression par réseau ou USB. Créez un programme d’impression et définissez le temps de séchage par couche, la vitesse de coulée, la vitesse de la plate-forme de construction et d’autres paramètres.

Ensuite, remplissez le réservoir du dispositif d’impression à mi-chemin avec le lisier de résine de céramique préparé. Pomper le lisier à travers le système jusqu’à ce qu’il commence à remplir le réservoir. Fixez une plaque d’impression métallique à la plate-forme du bâtiment par aspiration sous vide et démarrez le programme d’impression.

Remplissez le réservoir au besoin pendant le processus d’impression. Une fois terminé, éteignez le vide tout en tenant la plaque d’impression pour récupérer le composant. Utilisez de l’alcool isopropylique, ou un autre solvant organique doux, pour nettoyer le lisier restant, puis laissez sécher le composant à température ambiante dans une zone ventilée.

Dé-lier et écharder le composant par la suite, pour terminer la fabrication. Cette poudre d’alumine de haute pureté a été déagmondiée et fonctionnalisée avec disperant. Au séchage, la poudre fonctionnalisée s’est reagglomérisée, mais a été uniformément re-dispersée dans la résine polymérique.

Pour les compositions de suspension avec différents contenus de poudre, di, et tétra-fonctionnels rapports de liaison croisée, et les rapports globaux de liaison croisée de liant, ont été évalués. Les quatre suspensions ont eu le comportement désiré d’amincissement de cisaillement, mais seulement la composition une a exhibé le comportement optimal de flux de suspension. Si la viscosité dynamique est trop élevée, elle pourrait entraver la coulée de couches de boue minces, en raison d’un manque de débit.

Une viscosité dynamique trop faible pourrait entraîner la boue qui coule librement sous la lame de coulée, ou dans une suspension instable. Avant d’exposer la suspension en résine céramique à la lumière, le module de stockage de cisaillement est resté à peu près constant. Le temps de séchage optimal pour atteindre la force minimale nécessaire sans trop guérir était de deux à trois secondes.

L’exposition pendant plus de quatre secondes pourrait entraîner une fragilité de la sur-durcissement. Utilisant la composition optimale de boue d’alumine et les temps d’exposition, ce composant d’essai, avec une coquille extérieure dense, et un noyau central poreux d’os-comme, a été fabriqué défaut libre, avec une porosité extrêmement basse et une densité élevée dans les secteurs en vrac. La technique présentée dans cet article est conçue pour manipuler les mélanges de résine céramique viscose afin d’atteindre la haute précision nécessaire à la fabrication de matériaux fonctionnellement classés.

La technique actuelle ouvre la voie à des résultats dans la fabrication de céramique pour développer des suspensions en céramique photo réactives. Ils peuvent être utilisés dans la fabrication d’additifs céramiques à base libre Lyrica pour produire des composants céramiques de haute qualité.