Componentes baseados em cerâmica multi materiais – aditivo de fabricação de componentes de zircônia em preto e branco por impressão 3D termoplástica (CerAM - T3DP)

Este método pode ajudar a abrir a porta para componentes cerâmicos para múltiplas aplicações, como reatores cerâmicos, ferramentas de cirurgia ou produtos de luxo personalizados. A principal vantagem dessa técnica é que a posição de algum material acontece seletivamente. E a certificação de algum material ocorre independentemente de algumas propriedades materiais.

Primeiro tivemos a ideia desse método quando pensamos na adaptação de nosso conhecimento no campo das abordagens multimaterial à fabricação aditiva. Para fazer a suspensão termoplástica, primeiro selecione os pós. A fabricação aditiva de objetos preto e branco requer dois pós.

Neste caso, as escolhas são zircônia black-1 e zircônia branco-1. Que têm temperaturas de centro comparáveis. Obtenha emissões de campo escaneando imagens de microscópio eletrônico de ambos os pós para caracterizar alguns em relação à forma de partículas e à área da superfície.

Aqui o diâmetro médio de partículas das partículas brancas de zircônia é aproximadamente 4/10 de um micrômetro. Medida com um difratómetro laser, as partículas negras de zircônia têm um diâmetro médio de 1/2 por micrômetro. Passe para preparar as suspensões em um dissolvidor aquecido.

Prepare cada suspensão separadamente com o dissolvido a 100 graus celsius derretendo uma mistura de parafina e cera de abelha. Antes de continuar verifique a nave para garantir que o derretimento está completo. Uma vez que o derretimento esteja completo, homogeneize a mistura de polímero.

Em seguida, reduza a velocidade do disco resolver. Em seguida, ao longo de vários passos, adicione lentamente um dos pós de zircônia, por isso torna-se 40% da mistura em volume. Após derreter a parafina, cera de abelha e outros componentes químicos, homogeneize a mistura de polímero.

Em seguida, reduza a velocidade do disco dissolvido. Em seguida, ao longo de vários passos, adicione lentamente um dos pós de zircônia, por isso torna-se 40% da mistura em volume. Pare quando o teor de pó estiver 40% em volume.

O valor-alvo para as suspensões em preto e branco. Em seguida, mexa a mistura de polímero em pó por duas horas a 100 graus celsius. Após a agitação, certifique-se de que a mistura seja homogeneizada antes de preceder.

Como eles criaram, caracterize cada suspensão derretida usando um reômetro. Plote a viscosidade dinâmica em função da taxa de corte para diferentes temperaturas. Estes dados são para zircônia black-1, e zircônia branco-1 em duas temperaturas diferentes.

Para uma determinada suspensão e temperatura, certifique-se de que a viscosidade dinâmica esteja abaixo de 100 segundos pascal para uma taxa de tesoura de 10 por segundo. Abaixo de 20 segundos pascal para uma taxa de tesoura de 100 por segundo. E abaixo de um segundo pascal para uma taxa de tesoura de 5000 por segundo.

Se necessário, altere a viscosidade dinâmica aumentando a temperatura ou adicionando mistura de polímero. Comece a trabalhar com um dispositivo de impressão 3D termoplástico. Este desenho mostra os dispositivos três micro sistemas de distribuição.

Que pode funcionar simultaneamente ou individualmente. Também é retratado o scanner de perfil usado para ajudar a caracterizar a saída do cabeçoteiro de impressão. Este é o cabeçoteiro 3D termoplástico como aparece no sistema de impressão.

Selecione dois dos distribuidores para usar. Para a fabricação aditiva em preto e branco, adicione a suspensão preta a um dispensador e a suspensão branca ao outro. Quando estiver pronto, experimente variando a frequência de deposição, as velocidades do eixo e outros parâmetros para gotículas únicas e cadeias de gotículas.

Empregue o scanner de perfil, que usa um laser azul para coletar dados para caracterizar a saída. Identificar parâmetros de dispensação para que as gotículas de ambos os materiais tenham as mesmas características. Ajuste a distância entre gotículas únicas para evitar diferenças nas alturas para diferentes materiais.

Aqui estão exemplos de gotículas únicas e cadeias de gotículas, produzidas com parâmetros diferentes e utilizando suspensões em preto e branco. Revise a saída de uma gama de parâmetros para forma, volume e homogeneidade. Depois de determinar os parâmetros de impressão, decida sobre a parte desejada.

Use um modelo 3D gerado da peça e salve o arquivo dos modelos em um formato de fabricação aditivo. No software Slicer, atribua os dois materiais às diferentes áreas componentes, alocando o sistema de distribuição de micro correspondente. Gere e carregue os códigos G na impressora.

Certifique-se de que os parâmetros estão definidos e inicie o trabalho. A impressão desta peça levará cerca de uma hora a oito milímetros por segundo. Recupere a amostra quando o processo de construção estiver concluído.

Neste ponto, a amostra está pronta para desvincular. Pegue a amostra para prepará-la para desvincular. Coloque a amostra em uma tela grosseira para o leito de pó de alumina para suporte e distribuição de temperatura.

Em seguida, coloque o leito de pó com a amostra em um forno da atmosfera de ar. E defina o programa de aquecimento e resfriamento para garantir uma ligação livre de defeitos. Recupere a amostra quando estiver em temperatura ambiente.

E continue com os próximos passos. Remova a amostra do pó de cama. Em seguida, remova cuidadosamente qualquer pó de cama com uma escova fina.

Para um segundo desvincular, coloque a amostra em móveis de forno de alumina. Volte ao forno da atmosfera do ar e use uma taxa de aquecimento mais rápida e a mesma taxa de resfriamento para a amostra. Depois de esfriar, leve a amostra para um forno centralizando a atmosfera de ar.

Centralizar a amostra a 1.350 graus celsius, por duas horas. Esta é a peça fabricada no final das etapas de desvincular e centralizar, juntamente com seu modelo 3D. Use um scanner 3D para caracterizar o encolhimento dos componentes, que deve ser de cerca de 20% em cada direção.

Realizar mais caracterização em amostras impressas cortadas e polidas. Esta imagem de microscopia eletrônica de varredura de campo é da seção transversal na interface do planer entre zircônia centrada branco-1 e zircônia black-1. Obtenha mais informações com análise espectroscópica de raios-X dispersivos de energia das duas regiões.

Na busca por picos associados à alumina, os resultados indicam que mais cruz de alumina ocorre na zircônia black-1. Esses pontos de medição estão dentro da região negra da zircônia. Sua composição é revelada com espectroscopia de raios-X dispersivos de energia.

Os espectros desta análise mais detalhada, mostram que a microestrutura negra da zircônia tem alumina precipited. Uma vez dominada, essa técnica pode mudar a forma de projetar e usar componentes cerâmicos. Ao usar essa tecnologia, você tem que lembrar que é apenas uma tecnologia de modelagem.

E os corpos verdes têm que ser desvincular e centrados para alcançar as propriedades cerâmis finais. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter um bom entendimento de como combinar materiais cerâmicos por fabricação aditiva.