Componenti ceramici multi-materiali – additivo produzione di componenti di Zirconia in bianco e nero di stampa 3D termoplastico (CerAM - T3DP)

Questo metodo può aiutare ad aprire la porta dei componenti ceramici a molteplici applicazioni come reattori ceramici, strumenti chirurgici o prodotti di lusso personalizzati. Il vantaggio principale di questa tecnica è che la posizione di alcuni materiali avviene selettivamente. E la certificazione di alcuni materiali avviene indipendentemente da alcune proprietà del materiale.

Abbiamo avuto per la prima volta l'idea di questo metodo quando abbiamo pensato all'adattamento delle nostre conoscenze nel campo degli approcci multi-materiale alla produzione additiva. Per effettuare le sospensioni termoplastiche, selezionare prima le polveri. La produzione additiva di oggetti in bianco e nero richiede due polveri.

In questo caso, le scelte sono zirconia nero-1 e zirconia bianco-1. Che hanno temperature di centramento comparabili. Ottenere immagini al microscopio elettronico a scansione delle emissioni di campo di entrambe le polveri per caratterizzarne alcune rispetto alla forma delle particelle e alla superficie.

Qui il diametro medio delle particelle bianche di zirconia è di circa 4/10 di un micrometro. Come misurato con un diffractometro laser, le particelle nere di zirconia hanno un diametro medio di 1/2 al micrometro. Passare a preparare le sospensioni in un dissolutore riscaldabile.

Preparare ogni sospensione separatamente con il dissolvente a 100 gradi celsius sciogliendo una miscela di paraffina e cera d'api. Prima di continuare controllare il recipiente per assicurarsi che la fusione sia completa. Una volta completata la fusione, omogeneizzare la miscela polimerica.

Successivamente, ridurre la velocità del disco del resolver. Quindi, su più passaggi, aggiungere lentamente una delle polveri di zirconia, quindi diventa il 40% della miscela in volume. Dopo aver fuso la paraffina, la cera d'api e altri componenti chimici, omogeneizzare la miscela polimerica.

Successivamente ridurre la velocità del disco di dissolvenza. Quindi, su più passaggi, aggiungere lentamente una delle polveri di zirconia, quindi diventa il 40% della miscela in volume. Interrompere quando il contenuto di polvere è del 40% in volume.

Valore di destinazione sia per le sospensioni in bianco che nero. Quindi, mescolare la miscela di polimeri in polvere per due ore a 100 gradi celsius. Dopo l'agitazione, assicurarsi che la miscela sia omogeneizzata prima del precedente.

Come hanno creato, caratterizzare ogni sospensione fusa utilizzando un reometro. Tracciare la viscosità dinamica in funzione della velocità di taglio per temperature diverse. Questi dati sono per zirconia nero-1, e zirconia bianco-1 a due temperature diverse.

Per una determinata sospensione e temperatura, assicurarsi che la viscosità dinamica sia inferiore a 100 secondi pascal per una velocità di taglio di 10 al secondo. Sotto i 20 secondi pascal per una velocità di taglio di 100 al secondo. E sotto un secondo pascal per una velocità di taglio di 5000 al secondo.

Se necessario, alterare la viscosità dinamica aumentando la temperatura o aggiungendo miscela polimerica. Inizia a lavorare con un dispositivo di stampa 3D termoplastico. Questo disegno raffigura i dispositivi tre micro sistemi di erogazione.

Che può funzionare contemporaneamente o individualmente. È raffigurato anche lo scanner di profili utilizzato per aiutare a caratterizzare l'uscita della testina di stampa. Questa è la testina di stampa 3D termoplastica come appare nel sistema di stampa.

Selezionare due dei distributori da utilizzare. Per la produzione additiva in bianco e nero, aggiungere la sospensione nera a un distributore e la sospensione bianca all'altro. Quando sei pronto, sperimenta variando la frequenza di deposizione, la velocità dell'asse e altri parametri per singole goccioline e catene di goccioline.

Utilizzare lo scanner di profili, che utilizza un laser blu per raccogliere dati per caratterizzare l'output. Identificare i parametri di erogazione in modo che le goccioline di entrambi i materiali abbiano le stesse caratteristiche. Regolare la distanza tra singole goccioline per evitare differenze nelle altezze per materiali diversi.

Ecco esempi di singole goccioline e catene di goccioline, prodotte con diversi parametri e utilizzando sospensioni sia in bianco che nero. Esaminare l'output di una serie di parametri per forma, volume e omogeneità. Dopo aver determinato i parametri di stampa, decidere la parte desiderata.

Utilizzate un modello 3D generato della parte e salvate il file dei modelli in un formato di produzione additiva. Nel software Slicer, assegnare i due materiali alle diverse aree dei componenti allocando il corrispondente sistema di micro erogazione. Generare e caricare i codici G sulla stampante.

Assicurarsi che i parametri siano impostati e avviare il processo. La stampa di questo pezzo richiederà circa un'ora a otto millimetri al secondo. Recuperare l'esempio al termine del processo di costruzione.

A questo punto, il campione è pronto per la debinding. Prendi il campione per prepararlo per la debinding. Posizionare il campione in uno schermo grossolano sul letto di polvere di allumina per il supporto e la distribuzione della temperatura.

Quindi, mettere il letto di polvere con il campione in un forno ad atmosfera d'aria. E impostare il programma di riscaldamento e raffreddamento per garantire un incollaggio privo di difetti. Recuperare il campione quando è a temperatura ambiente.

E continuare con i prossimi passi. Rimuovere il campione dalla polvere da letto. Quindi, rimuovere con cura qualsiasi polvere da letto con un pennello fine.

Per un secondo debinding, posizionare il campione sui mobili del forno di allumina. Tornare al forno ad atmosfera d'aria e utilizzare una velocità di riscaldamento più rapida e la stessa velocità di raffreddamento per il campione. Dopo il raffreddamento, portare il campione in un forno di centramento dell'atmosfera d'aria.

Centrare il campione a 1.350 gradi celsius, per due ore. Questo è il pezzo prodotto alla fine dei gradini di debinding e centramento, insieme al suo modello 3D. Utilizzare uno scanner 3D per caratterizzare il restringimento dei componenti, che dovrebbe essere di circa il 20% in ogni direzione.

Eseguire un'ulteriore caratterizzazione su campioni stampati tagliati e lucidati. Questa immagine di microscopia elettronica a scansione delle emissioni di campo è della sezione trasversale all'interfaccia della planiera tra zirconia centrata bianco-1 e zirconia nera-1. Ottenere maggiori informazioni con l'analisi spettroscopica a raggi X dispersiva di energia delle due regioni.

Alla ricerca di picchi associati all'allumina, i risultati indicano che più croce di allumina si verifica in zirconia nero-1. Questi punti di misurazione si trovano all'interno della regione nera della zirconia. La loro composizione viene rivelata con spettroscopia a raggi X dispersiva di energia.

Gli spettri di questa analisi più dettagliata, mostrano che la microstruttura nera di zirconia ha l'allumina precipitata. Una volta padroneggiata, questa tecnica può cambiare il modo di progettare e utilizzare componenti ceramici. Durante l'utilizzo di questa tecnologia devi ricordare che è solo una tecnologia di modellatura.

E i corpi verdi devono essere disassociati e centrata per ottenere le proprietà ceramiche finali. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come combinare i materiali ceramici con la produzione additiva.