Multi materiaal keramiek gebaseerde componenten – Additive Manufacturing van zwart-witte Zirconia componenten door thermoplastische 3D-Printing (CerAM - T3DP)

Deze methode kan helpen om de deur te openen voor keramische componenten voor talud toepassingen zoals keramische reactoren, chirurgie tools, of aangepaste luxe producten. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat de positie van een bepaald materiaal selectief gebeurt. En de certificering van sommige materialen gebeurt onafhankelijk van sommige materiaaleigenschappen.

We hadden voor het eerst het idee voor deze methode toen we dachten over de aanpassing van onze kennis op het gebied van multi-material benaderingen van additive manufacturing. Om de thermoplastische suspensie te maken, selecteert u eerst de poeders. Additieve vervaardiging van zwart-witte voorwerpen vereist twee poeders.

In dit geval zijn de keuzes zirconia black-1 en zirconia wit-1. Die vergelijkbare centrerende temperaturen hebben. Verkrijg veldemissies scannen elektronenmicroscoop beelden van beide poeders te karakteriseren sommige met betrekking tot deeltjesvorm en oppervlakte.

Hier is de gemiddelde deeltjesdiameter van de zirconia witte deeltjes ongeveer 4/10 van een micrometer. Zoals gemeten met een laser diffractometer, de zirconia zwarte deeltjes hebben een gemiddelde diameter van 1/2 per micrometer. Ga verder om de suspensies voor te bereiden in een verwarmbare oplosser.

Bereid elke suspensie afzonderlijk met de oplosser op 100 graden celsius door het smelten van een mengsel van paraffine en bijenwas. Voordat u verder gaat met het controleren van het vat om te verzekeren dat het smelten is voltooid. Zodra het smelten is voltooid, homogeniseren het polymeer mengsel.

Verlaag vervolgens de snelheid van de resolver-schijf. Voeg vervolgens over verschillende stappen langzaam een van de zirconiapoeders toe, zodat het 40% van het mengsel in volume wordt. Na het smelten van de paraffine, bijenwas, en andere chemische componenten, homogeniseren het polymeer mengsel.

Verlaag vervolgens de snelheid van de oplosserschijf. Voeg vervolgens over verschillende stappen langzaam een van de zirconiapoeders toe, zodat het 40% van het mengsel in volume wordt. Stop wanneer het poedergehalte 40% in volume is.

De streefwaarde voor zowel de zwart-witte suspensies. Roer vervolgens het poederpolymeermengsel gedurende twee uur op 100 graden Celsius. Zorg er na het roeren voor dat het mengsel wordt gehomogeniseerd voordat het voorafgaat.

Als ze gemaakt, karakteriseren elke gesmolten suspensie met behulp van een rheometer. Plot de dynamische viscositeit als functie van de schuifsnelheid voor verschillende temperaturen. Deze gegevens zijn voor zirconia black-1, en zirconia wit-1 bij twee verschillende temperaturen.

Voor een bepaalde vering en temperatuur, zorg ervoor dat de dynamische viscositeit lager is dan 100 pascal seconden voor een afschuifsnelheid van 10 per seconde. Onder de 20 seconden voor een afschuifsnelheid van 100 per seconde. En minder dan een pascal seconde voor een afschuifpercentage van 5000 per seconde.

Verander indien nodig de dynamische viscositeit door de temperatuur te verhogen of polymeermengsel toe te voegen. Begin te werken met een thermoplastisch 3D-printapparaat. Deze tekening toont de apparaten drie micro doseersystemen.

Die gelijktijdig of individueel kan werken. Ook afgebeeld is het profiel scanner gebruikt om te helpen karakteriseren van de printkop output. Dit is de thermoplastische 3D printkop zoals deze in het printsysteem verschijnt.

Selecteer twee van de dispensers die u wilt gebruiken. Voor zwart-wit additieve productie, voeg de zwarte suspensie aan een dispenser, en de witte suspensie aan de andere. Experimenteer als u klaar bent met het variëren van de depositiefrequentie, de assnelheden en andere parameters voor enkele druppels en druppelkettingen.

Gebruik de profielscanner, die een blauwe laser gebruikt om gegevens te verzamelen om de output te karakteriseren. Identificeer doseerparameters zodat de druppels van beide materialen dezelfde kenmerken hebben. Pas de afstand tussen enkele druppels aan om hoogteverschillen voor verschillende materialen te voorkomen.

Hier zijn voorbeelden van enkele druppels en druppels kettingen, geproduceerd met verschillende parameters en met behulp van zowel zwart-witte suspensies. Bekijk de uitvoer van een reeks parameters voor vorm, volume en homogeniteit. Na het bepalen van de afdrukparameters, bepaal je het gewenste onderdeel.

Gebruik een gegenereerd 3D-model van het onderdeel en sla het modellenbestand op in een additieve productievorm. Wijs in Slicer-software de twee materialen toe aan de verschillende componentgebieden door het bijbehorende microdoseringssysteem toe te wijzen. De G-codes genereren en uploaden naar de printer.

Zorg ervoor dat de parameters zijn ingesteld en start de taak. Het afdrukken van dit stuk duurt ongeveer een uur op acht millimeter per seconde. Herstel het monster wanneer het bouwproces is voltooid.

Op dit punt is het monster klaar om te debinden. Neem het monster om het voor te bereiden op debinding. Plaats het monster in een grof scherm om poederbed aluminiumoxide voor ondersteuning en temperatuurverdeling.

Zet vervolgens het poederbed met het monster in een luchtatmosfeeroven. En stel het verwarmings- en koelprogramma in om een defectvrije hechting te garanderen. Haal het monster op wanneer het op kamertemperatuur is.

En ga verder met de volgende stappen. Haal het monster uit het strooipoeder. Verwijder vervolgens voorzichtig strooipoeder met een fijne borstel.

Voor een tweede debinding, plaats het monster op aluminiumoxide oven meubilair. Keer terug naar de luchtatmosfeer oven en gebruik een snellere verwarming tarief en dezelfde koelsnelheid voor het monster. Neem na het afkoelen het monster naar een luchtatmosfeer die zich centreren.

Centreer het monster op 1, 350 graden Celsius, gedurende twee uur. Dit is het vervaardigde stuk aan het einde van de debinding en centreren stappen, samen met zijn 3D-model. Gebruik een 3D-scanner om component krimp te karakteriseren, die moet ongeveer 20% in elke richting.

Voer verdere karakterisering uit op gesneden en gepolijste gedrukte monsters. Dit veld emissies scannen elektronenmicroscopie beeld is van de dwarsdoorsnede op de schare interface tussen gecentreerd zirconia wit-1 en zirconia zwart-1. Verkrijg meer informatie met energieverspreidende x-ray spectroscopische analyse van de twee regio's.

Bij het zoeken naar pieken geassocieerd met aluminiumoxide, de resultaten geven aan dat meer aluminiumoxide kruis optreedt in zirconia black-1. Deze meetpunten bevinden zich binnen het zwarte gebied van Zirconia. Hun samenstelling wordt onthuld met energiedispersieve x-ray spectroscopie.

De spectra uit deze meer gedetailleerde analyse, toont de zirconia zwarte microstructuur heeft aluminiumoxide neergeslagen. Eenmaal onder de knie, kan deze techniek de manier van ontwerpen en gebruiken van keramische componenten veranderen. Tijdens het gebruik van deze technologie moet je niet vergeten dat het slechts een vormgevingstechnologie is.

En de groene lichamen moeten worden gedebindd en gecentreerd om de uiteindelijke keramische eigenschappen te bereiken. Na het bekijken van deze video, moet u een goed begrip voor hoe te combineren, keramische materialen door additieve productie.