यहां हम थर्माप्लास्टिक 3d प्रिंटिंग (CerAM-T3DP) और सह-sintering दोष-मुक्त करके काले और सफेद zirconia घटकों को additive के निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन करते हैं ।
के लिए Additive विनिर्माण के लाभों का मिश्रण (हूं) कार्यात्मक वर्गीकृत सामग्री के लाभों के साथ () सिरेमिक आधारित 4d अवयव (तीन आयामों के लिए ज्यामिति और प्रत्येक स्थिति में सामग्री संपत्तियों के विषय में स्वतंत्रता के एक डिग्री) थर्माप्लास्टिक 3डी प्रिंटिंग (CerAM-T3DP) विकसित की गई । यह एक सीधा हूं प्रौद्योगिकी जो बहु सामग्री घटकों के am की अनुमति देता है । इस प्रौद्योगिकी के लाभों को प्रदर्शित करने के लिए काले और सफेद zirconia घटकों के additives निर्मित और सह sintered दोष मुक्त थे ।
विभिन्न थर्माप्लास्टिक के सस्पेंशन को तैयार करने के लिए ब्लैक एंड वाइट zirconia पाउडर की दो अलग जोड़ियों का इस्तेमाल किया गया । उचित वितरण मानकों एकल सामग्री परीक्षण घटकों का निर्माण और बहु रंग zirconia घटकों के additive विनिर्माण के लिए समायोजित करने के लिए जांच की गई ।
कार्यात्मक वर्गीकृत सामग्री (खात्मा) microstructure में या सामग्री1में संक्रमण के विषय में गुणों की एक किस्म के साथ सामग्री रहे हैं । ये संक्रमण असतत या निरंतर हो सकता है । विभिन्न प्रकार के खात्मा के लिए जाना जाता है, जैसे सामग्री ढाल के साथ अवयव, वर्गीकृत porosity और साथ ही बहु-रंग के अवयव ।
खात्मा-अवयव एकल पारंपरिक आकार देने प्रौद्योगिकियों द्वारा निर्मित किया जा सकता है2,3,4,5,6,7 या इन प्रौद्योगिकियों के संयोजन के द्वारा, के लिए उदाहरण के लिए, में-मोल्ड लेबलिंग टेप कास्टिंग और इंजेक्शन मोल्डिंग8,9का एक संयोजन के रूप में ।
Additive विनिर्माण (AM) डिजाइन के एक अब तक अभूतपूर्व स्वतंत्रता के साथ घटकों के उत्पादन के लिए अनुमति देता है । यह बहुलक और धातुओं के लिए प्रौद्योगिकी को आकार देने कला का राज्य माना जाता है । पहली चीनी मिट्टी की चीज़ें के प्रसंस्करण के लिए व्यावसायिक प्रक्रियाओं10उपलब्ध हैं, और लगभग सभी ज्ञात हूं प्रौद्योगिकियों प्रयोगशालाओं में चीनी मिट्टी की चीज़ें के लिए उपयोग किया जाता है दुनिया भर में11,12,13।
के लाभों के साथ हूं गठबंधन के लाभ के लिए सिरेमिक आधारित 4d घटक (ज्यामिति के लिए तीन आयामों और प्रत्येक स्थिति में सामग्री संपत्तियों के विषय में स्वतंत्रता के एक डिग्री) थर्माप्लास्टिक 3d मुद्रण (CerAM-T3DP) पर विकसित किया गया है Fraunhofer IKTS ड्रेसडेन, जर्मनी में, के रूप में एक प्रत्यक्ष प्रौद्योगिकी हूं । यह बहु सामग्री के घटक14,15,16,17के एएम की अनुमति देता है । CerAM-T3DP कण भरा थर्माप्लास्टिक सस्पेंशन की एकल बूंदों के चयनात्मक जमाव पर आधारित है । एकाधिक खुराक प्रणालियों का उपयोग करके, अलग थर्माप्लास्टिक सस्पेंशन परत द्वारा एक दूसरे परत के बगल में जमा किया जा सकता है थोक सामग्री के रूप में के रूप में अच्छी तरह से निर्मित हरी घटक के भीतर संपत्ति ढाल18उत्पादन । के विपरीत अप्रत्यक्ष प्रक्रियाओं, जिसमें पहले जमा सामग्री पूरी परत पर चुनिंदा जमना, CerAM-T3DP प्रक्रिया किसी भी गैर को हटाने के अतिरिक्त प्रयास की आवश्यकता नहीं है, अगले सामग्री के जमाव से पहले जम सामग्री, यह बहु सामग्री घटकों के एएम के लिए और अधिक उपयुक्त बनाना ।
यद्यपि CerAM-T3DP प्रक्रिया का उपयोग कर रहा हूं की अनुमति देता है का खात्मा और अभूतपूर्व गुणों के साथ सिरेमिक आधारित घटकों के बोध, वहां के लिए कर रहा हूं प्रक्रिया के बाद आवश्यक थर्मल उपचार के बारे में काबू पाने के लिए चुनौतियां हैं, में आदेश प्राप्त करने के लिए एक बहु सामग्री समग्र । विशेष रूप से, मिश्रित सामग्री में युग्मित चूर्ण को सफलतापूर्वक सह-sintered की आवश्यकता होती है, जिसके लिए घटकों का sintering समान तापमान और वायुमंडल में किया जाना है । इसलिए, यह सभी सामग्री के लिए एक शर्त के लिए एक तुलनीय sintering तापमान और व्यवहार है (sintering, संकोचन व्यवहार के तापमान शुरू) । आदेश में ठंडा करने के दौरान महत्वपूर्ण यांत्रिक तनाव से बचने के लिए, सभी सामग्रियों के थर्मल विस्तार के गुणांक लगभग11के बराबर हो गया है ।
एक घटक में विभिंन गुणों के साथ सामग्री का संयोजन कई गुना अनुप्रयोगों के लिए अभूतपूर्व गुणों के साथ घटकों के लिए दरवाजे खोलता है । जैसे स्टेनलेस स्टील-zirconia कंपोजिट काटने के उपकरण के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, प्रतिरोधी घटकों, ऊर्जा पहनते हैं, और ईंधन सेल घटकों या द्विध्रुवी शल्य चिकित्सा उपकरण के रूप में19,20,21,22, २३,२४. इस तरह के घटक CerAM द्वारा महसूस किया जासकता है-T3DP14,15,16,17, भी, एक विशेष मिलिंग प्रक्रिया16द्वारा sintering व्यवहार के समायोजन के बाद.
घने और छिद्रित zirconia जैसे वर्गीकृत porosity के साथ सिरेमिक-आधारित खात्मा असुरक्षित क्षेत्रों की उच्च सक्रिय सतह वाले घने क्षेत्रों में बहुत अच्छा यांत्रिक गुणों को संयोजित करता है । इस तरह के घटकों के additives द्वारा निर्मित किया जा सकता है CerAM-T3DP18।
इस पत्र में, हम CerAM-T3DP द्वारा एक घटक में दो अलग रंग के साथ zirconia घटकों के एएम की जांच । हम सफेद और काले zirconia चुना है क्योंकि एक चीनी मिट्टी के घटक में इस संयोजन गहने अनुप्रयोगों के लिए दिलचस्प है । व्यक्तिगत लक्जरी वस्तुओं की मांग बहुत अधिक है और अभी भी बढ़ रहा है । प्रौद्योगिकियों जो एक उच्च संकल्प और बहुत अच्छा सतह संपत्तियों के साथ सिरेमिक आधारित बहु सामग्री घटकों के AM की अनुमति के लिए इस मांग को संतुष्ट करने की अनुमति होगी । zirconia की तरह चीनी मिट्टी की चीज़ें उदाहरण के लिए उपयोग कर रहे है देखने के मामलों और bezels या क्योंकि विशेष haptics, नज़र, कठोरता और कम वजन धातुओं की तुलना में के छल्ले के लिए घड़ी की तरह घटकों का उत्पादन ।
5000/s करने के लिए उच्च कतरनी दरों पर पिघला हुआ निलंबन के rheological व्यवहार के लक्षण वर्णन के बाद से आवश्यक है इस्तेमाल किया सूक्ष्म वितरण प्रणालियों के भीतर शर्तों के मूल्यांकन (पिस्टन और नोजल चैंबर, पिस्टन के वेग की ज्यामिति) पता चला है कि 5000/एस के कतरनी की दर और उच्च जमाव प्रक्रिया25के दौरान सूक्ष्म वितरण प्रणाली में उत्पंन कर रहे हैं ।
मुद्रण मापदंडों की जांच बहु सामग्री घटकों के निर्माण के लिए मशीन के अंशांकन के साथ सहायता करने के लिए किया जाना चाहिए । सामग्री के गुणों पर मशीन मापदंडों के प्रभाव25में चर्चा की गई है । पैरामीटर मान सीमाएं केवल रोक empirically किया गया है । अनुभव अब तक पता चलता है कि छोटी बूंद श्रृंखला ऊंचाई और चौड़ाई में विचरण 3% से अधिक नहीं होना चाहिए । व्यास मतभेद अप करने के लिए १०० माइक्रोन और ऊंचाई मतभेद अप करने के लिए ५० माइक्रोन मापदंडों पल्स चौड़ाई, छोटी बूंद फ्यूजन फैक्टर (DFF) और बाहर निकालना चौड़ाई (टुकड़ा करने की क्रिया पैरामीटर) द्वारा क्षतिपूर्ति किया जा सकता है.
यह मुद्रण प्रक्रिया के लिए महत्वपूर्ण है कि विभिंन सामग्रियों की परत ऊंचाइयों एक दूसरे को समायोजित कर रहे है एक बूंदों के बीच की दूरी बदलकर, क्योंकि यह एक परत के भीतर एक असमानता में परिणाम अगर विभिंन सामग्रियों की ऊंचाई कर रहे है मेल नहीं खाती । एक असमान बड़े दोषों और दोषपूर्ण घटकों की ओर जाता है । दो बूंदों और जुड़े अधिक से अधिक ओवरलैप के बीच की दूरी को कम करके, चौड़ाई और छोटी बूंद श्रृंखला की ऊंचाई एकल बूंदों के लगभग लगातार मात्रा के कारण बढ़ जाती है । यह देखा जा सकता है कि छोटी बूंद श्रृंखला चौड़ाई छोटी बूंद श्रृंखला ऊंचाई की तुलना में तेजी से बढ़ जाती है । यह आवश्यक नहीं है और शायद एक बूंदों के रूप में पूरी तरह से आकार गोलार्द्धों का एहसास करने के लिए संभव नहीं है, लेकिन आप फिटिंग वितरण मापदंडों कि छोटी बूंद गठन की एकरूपता एक समरूप गारंटी के लिए बहुत अधिक है निर्धारित करके सुनिश्चित करना है घटकों का निर्माण ।
माप पर ८५ ° c सूक्ष्म वितरण प्रणाली के खिला कारतूस में निलंबन के rheological व्यवहार simulates । । ९० डिग्री सेल्सियस से ऊपर, बांधने की मशीन घटकों के अपघटन शुरू होता है (चित्रा 7) । सभी निलंबन लगभग समान व्यवहार दिखाते हैं । सूक्ष्म वितरण प्रणाली का इस्तेमाल किया नोक तापमान १०० डिग्री सेल्सियस था । इस तापमान कम हो रही है, जबकि नोजल गुजर रहा है, जबकि सस्पेंशन तापमान में वृद्धि की वजह से चिपचिपाहट की वजह से छोटी बूंद गठन को बढ़ावा देता है । क्योंकि इस तापमान अपघटन पर नोक के भीतर निलंबन की कम समय के आवास के महत्वपूर्ण सामग्री व्यवहार को प्रभावित नहीं है ।
बहु रंग घटक sintered लगभग दोष मुक्त हो सकता है, लेकिन सफेद चरण के रंग गुलाबी में बदल zirconia काले-2 और zirconia सफेद-2 पाउडर के लिए । रंग परिवर्तन के लिए कारण sintering के दौरान विभिंन सामग्रियों के बीच प्रसार की प्रक्रिया कर रहे हैं । यह केवल सतह पर एक प्रभाव है और एक पीस कदम से हटाया जा सकता है । लेकिन यह बहुत जटिल संरचनाओं द्वारा बनाई गई प्रौद्योगिकियों के लिए चुनौतीपूर्ण है ।
बहु रंग घटकों के भीतर planar और दो अलग रचनाओं के बीच विकसित बुना सीमा इंटरफेस । इस प्रकार, सामग्री की बूंद बाध्य जमाव की परवाह किए बिना, अलग microstructures की व्यवस्था बहुत ठीक महसूस किया जा सकता है । इसके अलावा, छोटी बूंद आकार दो सामग्री के बीच सीमा इंटरफेस बढ़ाने के लिए शोषण किया जा सकता है । अब तक केवल असतत सामग्री संक्रमण का उत्पादन किया गया है । भविष्य के अनुसंधान भी सामग्री के बीच क्रमिक परिवर्तन के उत्पादन को शामिल कर सकते हैं ।
The authors have nothing to disclose.
इस परियोजना अनुदान समझौते सं ६७८५०३ के तहत यूरोपीय संघ के क्षितिज २०२० अनुसंधान और नवाचार कार्यक्रम से धन प्राप्त हुआ है ।
Material | |||
Zirconia black – 1 | TZ-3Y-Black | Tosoh | |
Zirconia black – 2 | ZirPro ColorYZ Black | Saint Gobain | |
Zirconia white – 1 | TZ-3Y-Black | Tosoh | |
Zirconia white – 2 | ZirPro ColorYZ Arctic White | Saint Gobain | |
Equipment | |||
laser diffractometer | Mastersizer 2000 | Malvern Instruments Ltd., United Kingdom | |
dissolver | DISPERMAT CA 20-C | VMA-Getzmann GmbH, Germany | |
rheometer | Modular Compact Rheometer MCR 302 | Anton Paar, Graz, Austria | |
micro dispensing system | MDS 3250 | Vermes, Germany | |
T3DP-device | IKTS-T3DP-device "TRUDE", in-house development | Fraunhofer IKTS, not commerzialized | |
profile scanner | LJ-V7020 | Keyence | |
Slicer 1 | Slic3r | open source software | |
Slicer 2 | Simplify3D | Simplofy3D | |
debinding furnace | NA120/45 | Nabertherm, Germany | |
sintering furnace | LH 15/12 | Nabertherm, Germany | |
FESEM | Gemini 982 | Zeiss, Germany |