Name: Componentes baseados em cerâmica multi materiais – aditivo de fabricação de componentes de zircônia em preto e branco por impressão 3D termoplástica (CerAM - T3DP) (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 29 s
Description: Aprenda a fabricar componentes de zircônia preta e branca por impressão 3D termoplástica. Este método de manufatura aditiva permite criar peças cerâmicas para ferramentas cirúrgicas e produtos personalizados.

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Este projeto recebeu financiamento do União Europeia Horizonte 2020 programa de pesquisa e inovação sob Grant acordo n 678503.

1. termoplástico suspensão para CerAM - T3DP
<ol><li>Seleção de pós<ol>
<li>Para a preparação das suspensões de termoplásticas pretas usar pós de zircônia preta zircônia preta - 1 e zircônia preta - 2.
</li>
		<li>Para a preparação das suspensões de termoplásticas brancas use zircônia branca - 1 e zircônia branca - 2. Nota: O fabricante de zircônia preta - 2 usa pigmentos (wt.-% 4.2) para a coloração do zircónio e também afirma que os dois pós têm o mesmo comportamento de sinterização. Além disso, a alta percentagem de alumina (20,43 wt.-%) contribui para a cor branca de zircônia branca - 2. Os pós de zircônia preta - 1 e zircônia branca - 1 têm uma composição diferente e, portanto, exigem uma temperatura de sinterização diferente para densificação completa. Em contraste com zircônia branca - 1, zircônia preta - 1 consiste no máximo 5 wt.-% de pigmentos. As temperaturas de sinterização recomendadas são 1400 ° C para zircônia preta - 1 e 1350 ° C para zircônia branca - 1.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Caracteriza os pós sobre a forma, a área de superfície e a distribuição de tamanho de partícula. Nota: Imagens de microscopia eletrônica digitalização têm sido utilizadas para caracterizar a forma das partículas. A distribuição granulométrica de pós utilizadas foi medida por um método de difração de laser (laser difratômetro). As medições para as propriedades específicas de superfície dos pós usados foram fornecidas pelo fabricante.</li>
	<li>Para a preparação de suspensões a zircônia diferentes derreta uma mistura de parafina e cera de abelha, a uma temperatura de 100 ° C em Aquecível dissolvente e homogeneizar a mistura de polímeros.<ol>
<li>Em seguida, adicione o pó em várias etapas para chegar a um teor de pó de 40 vol.%.</li>
		<li>Homogeneizar a pó-polímero-mistura por agitação por 2 h a 100 ° C. Certifique-se de que todas as suspensões têm o mesmo conteúdo de pó (40 vol.%).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Caracterização das suspensões<ol>
<li>Caracterizar o comportamento reológico da suspensão fundido usando um rheometer para taxas de cisalhamento em uma escala entre 0-5.000/s para temperaturas diferentes em um intervalo entre 85 ° C e 110 ° C. Nota: Usamos um rheometer ajustável entre-25 ° C a 200 ° C, com uma placa/placa do sistema (25 mm de diâmetro) de medição. O torque foi medido, e calculou-se a viscosidade dinâmica.</li>
		<li>Plotar como função da taxa de cisalhamento, a viscosidade dinâmica e certifique-se que a viscosidade dinâmica é abaixo de 100 pa · s para a taxa de cisalhamento de 10/s, abaixo de 20 pa · s para a taxa de cisalhamento de 100/s e abaixo de 1 Pa · s para uma taxa de cisalhamento de 5.000/s ou aumento da temperatura dentro da faixa permissível.</li>
		<li>Alterar a composição da suspensão, adicionando a mistura de polímero, se a viscosidade dinâmica é muito alta mesmo para uma temperatura de 110 ° C.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. fabricação de componentes simples e multi Material por CerAM - T3DP
<ol><li>Dispositivo utilizado A Figura 1 mostra um desenho do CAD do CerAM usada - T3DP-dispositivo com um scanner de perfil e três diferentes sistemas de distribuição de micro, que podem trabalhar simultaneamente ou alternadamente. Use dois para produzir componentes em preto e branco.<ol>
<li>Defina a deposição de gotas para uma frequência até 100/s e os eixos para mover com uma velocidade máxima de 20 mm/s.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Investigação dos parâmetros de deposição Investigar a influência dos parâmetros de deposição (velocidades do micro sistema de dispensação; temperatura do reservatório de suspensão e bocal; velocidade do eixo de trabalho) sobre as propriedades da gota ou gotículas resultantes (forma, volume, homogeneidade) correntes (forma, volume, homogeneidade).<ol>
<li>Variar os parâmetros de deposição e depositam gotículas única, bem como cadeias de gotículas usando diferentes frequências e velocidades de eixos para deposição. Nota: A influência dos parâmetros do distribuidor sobre as propriedades dos materiais foi discutida antes25. Limites de valor de parâmetro apenas foram determinados empiricamente.</li>
		<li>Certifique-se que que a variância em gotícula cadeia altura e a largura não deve exceder 3%. Variar a largura de pulso de parâmetros, fator de fusão da gota (DFF) e diferenças de largura de extrusão (parâmetro de corte) para compensar o diâmetro até 100 microns e diferenças de altura até 50 microns. Nota: Não é necessário e provavelmente não é possível perceber perfeitamente em forma hemisférios como gotas único, mas você tem que certificar-se de que a homogeneidade da formação da gota é muito elevada para garantir uma construção homogénea dos componentes.</li>
		<li>Repita este passo com diferentes parâmetros iniciais para encontrar um conjunto de parâmetros que fornece a forma de gotículas mais homogênea em relação ao diâmetro da gota, largura e altura.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Fabricação de componentes de teste single-material<ol>
<li>Usar um modelo 3D gerado da parte desejada e salve o arquivo como formato de arquivo STL ou fungos de micorrizas Arbusculares.</li>
		<li>Use um programa de corte (por exemplo, Slicer 1 ou 2 Slicer) para gerar o código G correspondente. Defina as propriedades para a forma de gotículas, adquirida no passo 2.2.</li>
		<li>Carregar o código G e preencher os parâmetros de processo para o CerAM - T3DP-dispositivo. Defina o CerAM - T3DP-dispositivo para os parâmetros obtidos na etapa 2.2 que correspondem à forma da gota fornecida para a segmentação de dados. Inicie o software do dispositivo para iniciar o trabalho de construção. Nota: É benéfico para a fabricação de certas amostras de teste antes de construir a parte desejada ou utilizar novas suspensões.</li>
	</ol>
</li>
	<li>CerAM - T3DP de componentes múltiplos materiais<ol>
<li>Para cada material envolvido execute passo 2.2.</li>
		<li>Selecione parâmetros aplicadora para ambos os materiais que têm aproximadamente as mesmas características da gota.</li>
		<li>Ajuste as alturas de camada, alterando a distância entre as gotas de única e a sobreposição resultante para evitar diferenças de alturas para os diferentes materiais, que podem resultar em grandes defeitos e componentes com defeito. Nota: Ao reduzir a distância entre duas gotas e a associado maior sobreposição, a largura e altura da cadeia da gota aumenta devido ao volume quase constante dos único gotículas. Pode-se observar que a largura da cadeia da gota aumenta mais rapidamente do que a altura da cadeia da gota.</li>
		<li>Usar um modelo 3D gerado da parte desejada e salve o arquivo como arquivos de fungos de micorrizas Arbusculares. Se suportado pela segmentação de dados múltiplas áreas de componente também podem ser salvo no formato de arquivo STL.</li>
		<li>A fim de imprimir vários materiais componentes, atribua áreas de componente correspondente ao material associado no software corte alocando um correspondente micro sistema de distribuição para cada material.</li>
		<li>Gere os G-códigos para cada material usando o software de segmentação de dados.</li>
		<li>Carregar o código G e preencher os parâmetros de processo para o CerAM - T3DP-dispositivo. Defina o CerAM - T3DP-dispositivo para os parâmetros obtidos na etapa 2.2 que correspondem à forma da gota fornecida para a segmentação de dados. Inicie o software do dispositivo para iniciar o trabalho de construção.</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Co-Debinding e co sinterização de Single e Multi anti-material componentes
<ol><li>Debind as amostras verdes nas seguintes etapas separadas.<ol>
<li>Em primeiro lugar, coloca as amostras em uma massa solta de pó de granulação grossa da alumina (cama de pó) para suportar estruturalmente as amostras, bem como para assegurar uma distribuição homogênea de temperatura e promover a remoção dos materiais fichário por forças capilares.</li>
		<li>Executar um debinding com uma taxa muito baixa de aquecimento num forno (debinding fornalha) sob atmosfera de ar até 270 ° C. Defina a taxa de aquecimento de 4 K/h para garantir um debinding livre de defeitos.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Após este primeiro passo debinding Remova cuidadosamente o pó de roupa de cama por exemplo com um pincel fino. Coloca as amostras na mobília do forno da alumina.</li>
	<li>Aplicar uma segunda etapa debinding sob ar-ambiente até 900 ° C (12 K/h) no mesmo forno. Nota: Todos os materiais restantes de aglutinante orgânico termicamente foram removidos, enquanto que dentro na mesma etapa um pre-sinterização de partículas de zircônia foi iniciado para permitir a posterior transferência das amostras para um forno de sinterização.</li>
	<li>Finalmente, sedimento as amostras sob atmosfera-ar a 1.350 ° C (180 K/h) por 2 h em um forno apropriado (forno de sinterização). Caracterizar o encolhimento dos componentes pela medida do comprimento em três dimensões e certifique-se que é cerca de 20% para cada direção.</li>
</ol>4. caracterização dos componentes de Single e Multi anti-material
<ol><li>Cortar as amostras corretamente e polir a superfície usando métodos de ceramographic.</li>
	<li>Aplicam-se as investigações na microestrutura, usando o campo de emissão de microscópio eletrônico de varredura (FESEM).</li>
	<li>Inspecione visualmente a porosidade das duas fases e na interface do limite dos materiais utilizados. Para obter um resultado mais detalhado realizar uma análise de interface, por exemplo, FESEM e análise de imagens subsequentes para investigar a porosidade dentro a microestrutura sinterizada. A porosidade alvo é inferior a 1%. Se a porosidade é muito alta, varia o parâmetro deposição subindo (2.2) e/ou o regime de tratamento térmico (3).</li>
</ol>

<ol><li>Kieback, B., Neubrand, A., Riedel, H. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0921509303005781">Processing techniques for functionally graded materials.</a> Materials Science and Engineering - A. 362 (1-2), 81-106 (2003).</li>
<li>Mortensen, A., Suresh, S. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1179/imr.1995.40.6.239">Functionally graded metals and metal-ceramic composites: Part 1 Processing.</a> International Materials Reviews. 40 (6), 239-265 (1995).</li>
<li>Moya, J. S., Sánchez-Herencia, A. J., Requena, J., Moreno, R. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0167577X9290048O">Functionally gradient ceramics by sequential slip casting.</a> Materials Letters. 14 (5), 333-335 (1992).</li>
<li>Moya, J. S., Sánchez-Herencia, J. A., Bartolomé, J. F., Tanimoto, T. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359646297002054">Elastic modulus in rigid Al2O3/ZrO2 ceramic laminates.</a> Scripta Materialia. 37 (7), 1095-1103 (1997).</li>
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</ol>

Os autores não têm nada para divulgar.

A caracterização do comportamento reológico da suspensão fundido alto cisalhamento com taxas de até 5000/s é necessária desde a avaliação das condições dentro do micro usado, dispensando sistemas (geometria da câmara de pistão e bocal, velocidade do pistão) revelou que taxas de cisalhamento de 5000/s e superior são geradas no micro sistema distribuidor durante o processo de deposição25.
A investigação dos parâmetros de impressão deve ser feita para ajudar com a calibração do distribuidor para a fabricação de componentes múltiplos materiais. A influência dos parâmetros do distribuidor sobre as propriedades dos materiais tem sido discutida em25. Limites de valor de parâmetro apenas tem sido determinavam empiricamente. Até agora, a experiência mostra que a variação em gotícula cadeia de altura e a largura não deve exceder 3%. Diferenças de diâmetro até 100 microns e diferenças de altura até 50 mícrons podem ser compensadas pelos parâmetros de largura de pulso, fator de fusão da gota (DFF) e largura de extrusão (parâmetro de corte).
É fundamental para o processo de impressão que as alturas de camadas de materiais diferentes são ajustadas para o outro, alterando a distância entre as gotas única, uma vez que resultaria em um desnível dentro de uma camada se as alturas dos diferentes materiais Não jogo. Um desnível leva a grandes defeitos e componentes com defeito. Ao reduzir a distância entre duas gotas e a associado maior sobreposição, a largura e altura da cadeia da gota aumenta devido ao volume quase constante dos único gotículas. Pode-se observar que a largura da cadeia da gota aumenta mais rapidamente do que a altura da cadeia da gota. Não é necessário e provavelmente não é possível perceber perfeitamente em forma hemisférios como gotas único, mas você tem que ter certeza, determinando-se o ajuste de parâmetros que a homogeneidade da formação da gota é muito elevada para garantir uma homogeneidade de distribuição edifício dos componentes.
A medição a 85 ° C simula o comportamento reológico das suspensões no cartucho de alimentação do sistema de distribuição de micro. Acima de 90 ° C, a decomposição dos componentes fichário começa (Figura 7). Todas as suspensões mostram comportamento quase semelhante. A temperatura do bocal usado do sistema de distribuição de micro foi de 100 ° C. Esta temperatura promove a formação de gotículas devido a baixa viscosidade causada pelo aumento da temperatura de suspensões ao passar o bico. Devido o curto tempo das suspensões dentro do bocal a esta temperatura a decomposição não influencia significativamente o comportamento do material.
Os componentes de cores multi poderiam ser sinterizados quase livre de defeitos, mas para os pós de zircônia preta - 2 e zircônia branca - 2 a cor da fase branca virou rosa. A causa para a mudança de cor são processos de difusão entre os materiais diferentes durante a sinterização. Este é apenas um efeito na superfície e pode ser removido por uma etapa de moagem. Mas isto é muito desafiador para estruturas complexas feitas por tecnologias de AM.
Dentro os componentes de cor várias interfaces de fronteira planar e entrelaçadas desenvolvidos entre as duas composições diferentes. Assim, independentemente da deposição de gota-limite do material, o arranjo das microestruturas diferentes pode ser realizado com precisão. Além disso, a forma de gotículas pode ser explorada para aumentar a interface de limite entre dois materiais. Até agora foram produzidas apenas discretas transições materiais. Futuras pesquisas também podem envolver a produção de mudanças graduais entre materiais.

Funcionalmente materiais classificados (MGF) são materiais com uma variedade de propriedades sobre transições na microestrutura ou no material1. Essas transições podem ser discretos ou contínuos. Diferentes tipos de MGF são conhecidos, tais como componentes com gradientes de material, de porosidade graduada, bem como componentes multi-coloridas.
FGM-componentes podem ser fabricadas pelo único convencional enformação tecnologias2,3,4,5,6,7 , ou por uma combinação destas tecnologias, para exemplo, no molde rotular-se como uma combinação de fita fundição e moldagem-8,9.
Fabricação aditiva (AM) permite a produção de componentes com uma liberdade até agora sem precedentes de design. Este é considerado o estado da arte tecnologia para polímeros e metais dar forma. Primeiros processos comerciais para o processamento de cerâmica estão disponíveis10, e quase todas as tecnologias de AM conhecidas são utilizadas para AM de cerâmica em laboratórios em todo o mundo,11,12,13.
Para combinar os benefícios do AM com os benefícios da MGF para componentes de 4D baseados em cerâmica (três dimensões para a geometria e um grau de liberdade relativa as propriedades de material em cada posição) o termoplástico 3D-impressão (CerAM - T3DP) foi desenvolvido no Fraunhofer IKTS em Dresden, na Alemanha, como uma tecnologia AM direta. Isso permite que o AM de componentes múltiplos materiais14,15,16,17. CerAM - T3DP baseia-se a deposição selectiva de única gotículas de termoplástico suspensões de partículas de cheia. Utilizando vários sistemas de dosagens, diferentes suspensões termoplásticas podem ser depositadas ao lado do outro camada por camada para produzir em massa material bem como gradientes de propriedade dentro os componentes verdes aditivamente fabricados18. Ao contrário dos processos de AM indiretos, no qual anteriormente depositados materiais solidificam seletivamente ao longo de toda a camada, o CerAM - T3DP processo não exige o esforço adicional de remover qualquer material não-solidificado antes da deposição do seguinte material, tornando-o mais adequado para o AM de componentes múltiplos materiais.
Embora utilizando o CerAM - T3DP processo permite que o AM da MGF e a realização de componentes baseados em cerâmica com propriedades sem precedentes, há desafios a superar sobre o tratamento térmico necessário após o processo da AM, a fim de obter uma vários materiais compósitos. Em particular, os pós emparelhados no material composto precisam co com sucesso ser sinterizado, para os quais a sinterização dos componentes tem de ser realizada na mesma temperatura e atmosfera. Portanto, é um pré-requisito para todos os materiais ter uma temperatura de sinterização comparável e comportamento (a partir da temperatura de sinterização, comportamento de encolhimento). Para evitar estresse mecânico crítico durante o resfriamento, o coeficiente de expansão térmica de todos os materiais tem de ser aproximadamente igual11.
A combinação de materiais com diferentes propriedades em um componente abre as portas para componentes com propriedades sem precedentes para múltiplas aplicações. Compostos de aço inoxidável-zircônia por exemplo podem ser usados como ferramentas de corte, componentes resistentes ao desgaste, energia e célula de combustível ou instrumentos cirúrgicos bipolar19,20,21,22, 23,24. Tais componentes poderiam ser realizados por CerAM - T3DP14,15,16,17, também, após o ajuste do comportamento sinterização por um processo de moagem especial16.
MGF baseada em cerâmica com uma porosidade classificada como zircônia densa e porosa combinam muito boas propriedades mecânicas nas áreas densas com uma alta superfície ativa das superfícies porosas. Tais como componentes podem ser aditivamente fabricados CerAM - T3DP18.
Neste trabalho, investigamos o AM de componentes de zircônia com duas cores diferentes em um componente por CerAM - T3DP. Nós escolhemos zircônia branca e preta, porque esta combinação em um componente cerâmico é interessante para aplicações de joias. A demanda de bens de luxo individualizada é muito alta e continua crescendo. Tecnologias que permitem a AM de componentes múltiplos materiais baseados em cerâmica com uma alta resolução e muito boas propriedades de superfície permitirá satisfazer esta exigência. Cerâmica como zircônia é usados por exemplo para relógio produzem componentes, como casos de relógio e molduras ou para anéis devido a especial haptics, Resumo geral, dureza e menor peso em comparação com metais.

<table><tbody><tr><td><forte>Material</forte></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Zircônia preta - 1</td><td>TZ-3Y-Preto</td><td>Tosoh</td><td></td></tr><tr><td>Zircônia preta - 2</td><td>ZirPro ColorYZ Preto</td><td>Saint Gobain</td><td></td></tr><tr><td>Zircônia branca - 1</td><td>TZ-3Y-Preto</td><td>Tosoh</td><td></td></tr><tr><td>Zircônia branca - 2</td><td>ZirPro ColorYZ Arctic White</td><td>Saint Gobain</td><td></td></tr><tr><td>Equipamento</difratômetro ></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>laser</td> forte <td>Mastersizer 2000</td><td>Malvern Instruments Ltd., Reino Unido</td><td></td></tr><tr><td>dissolvedor</td><td>DISPERMAT CA 20-C</td><td>VMA-Getzmann GmbH, Alemanha</td><td></td></tr><tr><td>reômetro</td><td>Modular Compact Rheometer MCR 302&nbsp;</td><td>Anton Paar, Graz, Áustria</td><td></td></tr><tr><td>micro sistema de dispensação</td><td>MDS 3250</td><td>Vermes, Alemanha&nbsp; &nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Dispositivo T3DP</td><td>IKTS-T3DP-dispositivo "TRUDE", desenvolvimento interno</td><td>Fraunhofer IKTS, scanner de perfil não comercializado</td><td></td></tr><tr><td></td><td>LJ-V7020</td><td>Keyence&nbsp; &nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Fatiador 1</td> Software <td>de código</td><td></td>aberto <td>Slic3r</td></tr><tr><td>Fatiador 2</td><td>Simplificar3D</td> Forno de remoção de ligação <td>Simplofy3D</td><td></td></tr><tr><td></td><td>NA120/45</td><td>Nabertherm, Alemanha</td><td></td></tr><tr><td>forno de sinterização</td><td>LH 15/12</td><td>Nabertherm, Alemanha&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>FESEM</td><td>Gemini 982&nbsp;</td><td>Zeiss, Alemanha&nbsp;</td><td></td></tr></tbody></table>

componentes baseados em cerâmica multi materiais – aditivo de fabricação de componentes de zircônia em preto e branco por impressão 3d termoplástica (ceram - t3dp)

Multi-material Ceramic-Based Components &#8211; Additive Manufacturing of Black-and-white Zirconia Components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM - T3DP)

Para combinar os benefícios do aditivo fabricação (AM) com os benefícios de funcionalmente classificados materiais (FGM), a cerâmica com base em componentes de 4D (três dimensões para a geometria e um grau de liberdade relativa as propriedades de material em cada posição) a Impressão 3D termoplástica (CerAM - T3DP) foi desenvolvido. É uma tecnologia de AM direta, que permite que o AM de componentes múltiplos materiais. Para demonstrar as vantagens dos componentes de zircônia em preto e branco tecnologia foram aditivamente fabricado e sinterizados co livre de defeitos.
Dois pares diferentes de pós de zircônia preto e branco foram usados para preparar diferentes suspensões de termoplásticas. Parâmetros adequados de distribuição foram investigados para fabricar componentes de teste single-material e ajustados para a aditiva fabricação de componentes de cor multi zircônia.

Para a produção dos componentes medidos, só pós do mesmo fabricante foram combinadas para cada componente multi material. Experimentos com pós de diferentes fabricantes em um componente ainda estão em andamento. Para este efeito, as taxas de psiquiatra diferentes devem ser considerados.
O resultado da medição do diâmetro médio da partícula (d50) da zircônia branca - 1 , após a dispersão foi 0.37 µm. O fabricante afirma que um tamanho de partícula real de 0,04 µm (uma ordem de magnitude menos). O tamanho médio da partícula (d50) da zircônia preta - 1 é 0,5 µm. Figura 2 (A) mostra a análise FESEM da zircônia branca - 1 e Figura 2 (B) um FESEM-imagem da superfície de um granulado em detalhe. Figura 2 (C) e a Figura 2 (D) mostram o mesmo para zircônia preta - 1. Ambos não tratadas pós consistem em grandes grânulos esféricos (diâmetro de até 100 µm) que é típico para matérias-primas de prensagem seca. As FESEM-imagens da superfície granulada mostram as partículas primárias da zircônia branca - 1 (Figura 2 (B)) e zircônia preta - 1 (Figura 2 (D)) com um tamanho de partícula real de quase 0,04 µ m.
A Figura 2 (E) - 2 (H) mostrar as FESEM-imagens de zircônia branca - 2 e zircônia preta - 2. Os tamanhos médio medido da partícula (d50) dos pós de zircônia zircônia branca - 2 e zircônia preta - 2 µm 0,27 e 0,25 µm, respectivamente, no qual as partículas estão presentes como grânulos esféricos com diâmetros de até 100 µm (Figura 2 (E) e a Figura 2 (G)). O tamanho das partículas primárias de pó branco é abaixo de 0.1 µm (Figura 2 (F)). As partículas de pó preto primária são até 0,5 µm de diâmetro (Figura 2 (H)).
Figura 3 (A) mostra a viscosidade dinâmica das suspensões com base em zircônia branca - 1 e zircônia preto - 1 em função da taxa de cisalhamento e da dependência da temperatura (85 ° C e 100 ° C). Ambas as suspensões mostram uma tesoura desbaste comportamento independentemente da temperatura.
A tabela 1 resume as viscosidades medidas a suspensões a taxas de cisalhamento diferentes e para diferentes temperaturas.
Figura 3 (B) mostra o comportamento reológico das suspensões com base em zircônia branca - 2 e zircônia preta - 2 (85 ° C e 100 ° C). Todos os gráficos mostram um comportamento de afinamento de cisalhamento. A tabela 2 resume as viscosidades medidas a suspensões a taxas de cisalhamento diferentes e para diferentes temperaturas.
Além de cisalhamento controlado por taxa de medições, foram efectuadas medições a longo prazo. Figura 3 (C) mostra o curso da viscosidade dinâmica durante as medições a longo prazo para todos os quatro suspensões a uma taxa de cisalhamento constante de 10/s mais 2 h. Enquanto a viscosidade dinâmica das suspensões de zircônia branca (zircônia branca - 1 e zircônia branca - 2) é quase constante (tabela 3), a viscosidade dinâmica tende a diminuir ligeiramente do zirconia preto (zircônia preta - 1 e zircônia preta - 2).
Após a determinação empírica dos parâmetros de dosagem a fabricação de componente único, estruturas tridimensionais tornaram-se gerenciável para cada suspensão. Figura 4 (A) mostra uma estrutura de teste sinterizada complexo baseia-se a suspensão de zircônia branca - 1 e aditivamente fabricado pela CerAM - T3DP. O mesmo teste estrutura aditivamente fabricada CerAM - T3DP e a zircônia preta - 1-suspensão é mostrado na Figura 4 (B).
Figura 4 (C) mostra uma estrutura de teste sinterizada baseada as suspensões de zircônia da zircônia branca - 2, Figura 4 (D) uma estrutura de teste sinterizado baseada em zircônia preta - 2. Logo após a fabricação dos componentes de cor única na fabricação de componentes de cores multi teve lugar. (D) a 4 (F) a Figura 4 mostra alguns sinterizada fabricação de aditivo zircônia cor multi componentes usando o CerAM - T3DP.
Figura 5 (A) e Figura 5 (B) mostram FESEM-imagens de microestrutura de cores multi componentes com uma interface claramente distinguível entre as duas suspensões baseado na zircônia pós branco de zircônia - 1 (em cima) e zircônia negra - 1 (inferior).
Uma análise de espectroscópica raio-x-energia dispersiva (EDX) mostrou que a microestrutura dos sinterizado zircônia preta - 1 mais crosta da alumina ocorre (figuras 6 A (C)). Para avaliar a composição da e zircônia preta - 1-microestrutura, especialmente nas áreas escuras em mais detalhe EDX investigações teve lugar (figuras 6 (D-G)), que mostrou a precipitação de alumina (Figura 6 (E) ).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57538/57538fig1.jpg"> Figura 1: desenho do CAD de CerAM usado - T3DP-dispositivo com três unidades de dispensa micro e um scanner de superfície. <a href="/files/ftp_upload/57538/57538fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57538/57538fig2.jpg"> Figura 2: FESEM-imagem de zircônia usada granulados. (A) granulados de zircônia branca - 1 - visão geral e (B) superfície; (C) granulados de zircônia preta - 1 - visão geral e (D) superfície; (E) granulados de zircônia branca - 2 - visão geral e uma superfície (F) ; (G) zircônia preta - 2 granulados - visão geral e uma superfície (H) .
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57538/57538fig3.jpg"> Figura 3: comportamento reológico de suspensões de termoplásticos. (A) baseado no de pós de zircônia zircônia branca - 1 e zircônia preta - 1; (B) baseado no de pós de zircônia zircônia branca - 2 e zircônia preta - 2; (C) comparação de todos os quatro suspensões durante uma medição de longo prazo em uma constante taxa de 10/s de cisalhamento.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57538/57538fig4.jpg"> Figura 4: sinterizada single e multi - anti-material testar estruturas aditivamente fabricadas pela T3DP. (A) com base em zircônia branca - 1 -suspensão; (B) com base em zircônia preta - 1 -suspensão; (C) baseado em zircônia branca - 2 -suspensão; (D) com base em zircônia preta - 2 -suspensão; (E) com base em zircônia branca - 1 - e zircônia preta - 1 -suspensão; (F) baseado em zircônia branca - 2- e zircônia preta - 2 - suspensão - quadro-como a estrutura e a estrutura em forma de anel (G) .
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57538/57538fig5.jpg"> Figura 5: FESEM-imagens. FESEM-imagens de seção transversal na interface entre os sinterizado zircônia branca - 1 (em cima) e zircônia preta - 1 (inferior); Interface de planar (A) e (B) entrelaçada interface
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57538/57538fig6.jpg"> Figura 6: Resultados das medições de EDX no aglomerado zircônia branca - 1 / zircônia preta - 1 -interface. (A) visão geral sobre os campos de medição 1 + 2 e (D) 3-5; resultados de campo de medição (B) 1, (C) campo 2, campo (E) 3, (F) campo 4 e (G) campo 5.
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57538/57538fig7.jpg"> Figura 7: mudança de massa da zircônia branca - 1 - e zircônia preta - 1 -suspensões durante a decomposição térmica <a href="/files/ftp_upload/57538/57538fig7large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Table 1" src="/files/ftp_upload/57538/57538table1.jpg"> Tabela 1: viscosidade dinâmica de suspensões termoplásticas baseado no de pós de zircônia zircônia branca - 1 e preto zircônia - 1. <a href="/files/ftp_upload/57538/Table_01.pdf">Clique aqui para baixar este arquivo.</a>
<img alt="Table 2" src="/files/ftp_upload/57538/57538table2.jpg"> Tabela 2: viscosidade dinâmica de suspensões termoplásticas baseado no de pós de zircônia zircônia branca - 2 e preto zircônia - 2. <a href="/files/ftp_upload/57538/Table_02.pdf">Clique aqui para baixar este arquivo.</a>
<img alt="Table 3" src="/files/ftp_upload/57538/57538table3.jpg"> Tabela 3: viscosidade dinâmica de todos os quatro suspensões durante a medição a longo prazo a uma taxa de cisalhamento constante de 10/s. <a href="/files/ftp_upload/57538/Table_03.pdf">Clique aqui para baixar este arquivo.</a>

Aqui descrevemos um protocolo para aditivamente fabricação de componentes de zircônia em preto e branco por impressão 3D termoplástica (CerAM - T3DP) e co sinterização livre de defeitos.

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

To combine the benefits of Additive Manufacturing (AM) with the benefits of Functionally Graded Materials (FGM) to ceramic-based 4D components (three ...

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.

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

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