Summary
이 원고 없애는 스테레오 리소 그래피에 의해 제조 하는 단일 다기능 세라믹 부품 (예:고밀도 다공성 구조의 조합)의 처리를 설명 합니다.
Abstract
첨가제 제조 기술 얻을 기능 등급된 세라믹 부품에 적용 됩니다. 이 기술, 기반 디지털 조명 처리/스테레오 리소 그래피, CerAMfacturing 유럽 연구 프로젝트의 범위 내에서 개발 된다. 3 차원 (3 차원) hemi 상 악 뼈 같은 구조는 3 차원 사용자 지정 알루미늄 산화 중 합 혼합물을 사용 하 여 인쇄. 분말 및 혼합물은 완전히 분석 유 변 학적 행동의 관점에서 적절 한 자료 인쇄 과정에서 처리를 보장 하기 위해. 기능적으로 인쇄할 가능성 등급 기술에 대해서는이 문서에서 설명 하는 Admaflex를 사용 하 여 재료. 필드-방출 스캐닝 전자 현미경 검사 법 (FESEM) 소 결된 알루미늄 산화물 세라믹 부품에 1% 보다 낮은 다공성 원래 계층된 구조의 아무 나머지 분석 후 발견 보여.
Introduction
높은 복잡 한 기술도 점점 더 많은 산업 영역을 포함 하는 응용 프로그램의 거의 모든 분야에서 수요에 있다. 인간의 건강 관리의 분야는 각 환자에 대 한 제품의 개별화의 용이성으로 인해 점점 더 많은 응용을 찾습니다. 지난 10 년간, 첨가제 제조는 개별 치료의 옵션을 강화 했다.
(오전)을 제조 하는 첨가제 재료의 시퀀스 추가 의해 실제 제품으로 컴퓨터에서 생성 된 3 차원 모델의 번역을 허용 하는 처리 기술입니다. 일반적으로, 일련의 2 차원 층 형성 3 차원 모양, 부품의 생산 수에서 발생 하는 스택 디자인의, 지금까지, 전례 없는 자유와. 이 고분자와 금속에 대 한 최신의 형성 기술이 될 여겨진다. 세라믹 처리에 대 한 첫 번째 산업 기술을 사용할 수1,2, 그리고 세계3,4, 모든 실험실에서 단일 소재 도자기의 오전에 사용 되는 거의 모든 알려진된 오전 기술 5. 오전, 특히 스테레오 리소 그래피는 1980 년대에 시작 하 고 선체6에 의해 개발 되었다. 다른 제조 방식과 재료 제품 속성, 크기, 거칠기, 기계적 특성 등의 다양 한 이어질. 모든 첨가제 제조 기술을 두 그룹으로 분류 될 수 있다:는 자료 (예를 들어, 소재 프로세스 직접 잉크젯 처럼를 jetting의 선택적 증 착을 기반으로 첨가제 제조 기술5, 직접 인쇄 또는 열가 소성 3 차원 인쇄 [T3DP])7,,89,10, 그리고 간접 첨가제 제조 기술, 재료의 선택적 통합에 근거 하는 모든 레이어 (예를 들어, 세라믹 스테레오 리소 그래피 [SLA])에 입금 됩니다.
복잡 하 고 새로운 응용 프로그램의 준비 오전 세라믹 처리 기술의 향상을 요구 한다. 예를 들어 특별 한 혁신적인 산업 이나 의료 응용 프로그램은 기능 등급 자료 (FGMs)에 이르게 매우 동일한 구성 요소 내에서 다른 속성을 포함 해야 합니다. 이러한 자료는 미세 또는 소재11전환에 관한 속성의 다양 한 포함 되어 있습니다. 이러한 전환 불연속 또는 연속 수 있습니다. FGMs의 다른 종류는 알려진 소재 그라디언트 또는 등급된 다공성, 부품 등으로 다 색 요소입니다. FGM 구성 요소는 단일 기존의 형성 기술12,13,14,15,,1617 또는 이러한 기술의 조합에 의해 제조 될 수 있다 예를 들어 인 몰드 라벨 테이프 캐스팅 및 사출의 조합으로18,19성형.
Admatec 유럽 개발 했다 세라믹 기반 4 차원 구성 요소20 (3 차원 형상 및 각 위치에서 물질의 성질에 관한 자유의 하나의 학위에 대 한) FGMs의 장점은 오전의 혜택을 결합 하는 스테레오 리소 그래피 기반 3 차원 인쇄 장치 "CerAMfacturing" 유럽 연구 프로젝트 내에서 다기능 또는 다중 소재 부품의 오전에 대 한.
FGM 구성 요소에 대 한 적응 기술 디지털 빛 프로세서 (DLP) 포함 하는 디지털 micromirror 장치 칩 (DMD), 유해 다른 파우더와 혼합 수 있는 수 지를 사용 하는 광원으로 사용 하는 스테레오 리소 그래피 기반 접근 이다. DMD 칩 표시 됩니다 이미지의 픽셀에 해당 하는 여러 백 천 미세한 거울의 배열이 하고있다. 픽셀의 온-오프 위치를 설정 하는 거울을 개별적으로 회전할 수 있습니다. 가장 일반적으로 고용된 수 지 아크릴 및 우 레 탄 단위체의 혼합물을 기반으로 합니다. 이러한 혼합물에서 우리는 또한 photoinitiator 분자 흡수 하는 빛 및 염료 등의 다른 첨가물 발견. 수 지 혼합물은 일반적으로 컨테이너 또는 목욕, 부가 가치세 라고도 부 어. 중 합 DMD 칩에 의해 생성 된 빛 광자와 photoinitiator 분자 (PI)의 반응에 의해 유발 됩니다. 다른 수 지 모노 머 구조는 다른 중 합 속도, 수축, 및 최종 구조에서 발생할 수 있습니다. 예를 들어 monofunctional polyfunctional 대 단위체 단위체의 사용 중합체 네트워크의 cross-linking에 효과 있다.
세라믹 SLA와 고려해 야 할 가장 중요 한 매개 변수 중 하나 때 다른 자료를 통해 통과 빛 (광자)을 생산 하는 빛 산란 효과입니다. 이것은 높은 영향을 미치는; 이 경우에, 수 지 분말 현 탁 액 또는 슬러리를 생성 하는 양의 결합 됩니다. 슬러리, 다음, 빛을 다른 굴절률을 제시 하는 자료의 구성 됩니다. 수 지의 굴절률 값과 분말 사이의 큰 차이 레이어, 중 합 속도 중 합 반응을 방 아 쇠를 총 빛 복용량의 차원 정확도를 영향을 줍니다. 빛 들어갈 때 현 탁 액, 분말 입자 (즉, 세라믹, 금속, 또는 다른 고분자) 빛 diffract. 이 효과 (조사) 광자의 원래 경로에 변화를 유도합니다. 만약 광자 궤적 노출 방향에 비스듬한, 그들은 원래 방향으로 횡단 될 수 있는 위치에 중 합 반응을 생성할 수 있습니다. 이 현상 치료 슬러리의 영역은 노출된 영역 보다 더 큰 노출 과도에 결과. 마찬가지로, 치료 슬러리 레이어 원래 노출된 영역 보다 작은 경우 아래 노출 됩니다.
원고를 내는 조밀한 결합 알 루미나 부품 및 macroporous 구조, Admaflex 기술을 사용 하 여 실현 오전에 대 한 연구를 설명 합니다. "CerAMfacturing" 유럽 연구 프로젝트에 설명 된 대로 높은 해상도 좋은 표면 속성 까다로운 응용 프로그램에 맞게 FGM 세라믹 부품의 생산에 필요 합니다. 여기서 설명 하는 나와 같은 DLP stereolithographic 기술 연구원을 같은 세라믹 기반, 완전 한 기능 구성 요소를 수 있습니다.
Protocol
1입니다. Photocurable 세라믹 정지의 개발
- 세라믹 분말의 선택
- 고 순도 세라믹 분말 (예, 알루미늄 산화물 분말 순도 99.9% 이상)를 사용 합니다.
- 불 쌍 한 점도, (2) 좋은 sinterability에 대 한 < 0.5 µ m의 평균 입자 크기 및 낮은 점도 대 한 7 m2/g 주변 (3) 특정 표면에 대 한 (1) 좁은 입자 크기 분포와 분말을 선택 합니다.
- 분말 명세
- 분말 모양, 표면적, 입자 크기 분포 (자료 테이블) 필요한 경우에 관한 특징.
- 사용 하 여, 예를 들어, FESEM 분석 입자 모양 특징. 그렇게 하기 위해 걸릴 (몇 밀리 그램) 주걱와 예금 분말의 탄소에 약 100 m m2의 영역 크기와 함께 광장 테이프. 현미경 챔버에 도입 하기 전에 앙상블 metalize
- 예를 들어, 레이저 회절 방법으로 사용 되는 분말의 입자 크기 분포를 평가 합니다. 컴퓨터의 혼합 챔버에 주걱으로 샘플의 put (몇 밀리 그램) 높은 주파수를 사용 하 여 deagglomerate와 초음파 파도 5 x 5 분에 대 한 각 시간.
- Brunauer-개미-텔러 (내기) 방식을 사용 하 여 사용 된 분말의 특정 표면 특성을 측정 합니다. 액체 질소에서 흡착/탈 착 등온선을 수집 합니다. 측정 전에 150 ° C에서 샘플 드
- 고분자 수 지의 선택
- 선택, 예를 들어 monofunctional 바인더 (1; 참조 테이블의 재료) di(2)-및 테 트 라 (3)-기능 crosslinker ( 재료의 표참조)와 photoinitiator (4, 참조 테이블의 재료) 파장에서 활성 405에이 케이스에서 사용 된 인쇄 장치 가벼운 엔진의 nm.
- 더 유연한 폴리머 네트워크에 대 한가 소화 액체를 사용 하 여 (5; 참조 테이블의 자료).
- 세라믹 정지의 준비
- 필요한 경우 deagglomerate 에탄올 절대, 분산 에이전트와 같은 휘발성 용 매를 사용 하 여 알 루미나 분말 ( 재료의 표참조) 및 알 루미나 볼 밀링.
- 이 위해, 분말의 80 wt.% 20 wt.% 용 매 1-2 m m의 직경을 가진 선반 공의 동일한 절대 질량 같은 가루를 함께 섞어 고 분말 내용에 따라 0.5 ~ 2.0 wt.%의 범위에서 분산 에이전트를 추가 합니다.
- 행성 볼 밀에서 2 h에 대 한 혼합 밀 ( 재료의 표참조)을 기본 입자 크기를 달성 하기 위하여 분말을 deagglomerate.
- 밀링, 후 분말 대량 밀 볼에서 사용 하 여 (500 µ m의 메쉬)와 체 고 건조 한 실 온에서 12 시간 증기 두건에, 이후에, 110 ° c.에서 24 h 건조 기 난로에서 서 스 펜 션
- Deagglomerated 고 기능성 분말을 (100-500 μ m) 체를 통해 말린된 가루를 갈기.
참고: 입자의 표면은 지금 공업화 안정적이 고 저 점도 정지에 필요한 분산 에이전트.
- 개발 된 정지의 속성 특히 동적 점성, 인쇄 프로세스에 적응. 여기, 4 개의 다른 화합물 준비 및 특징의 관점에서 동적 점도 경화 그들의 행동을 했다. 4 다른 화합물 (I, II, III, 및 IV) 구성을 변경 하 여 만들어졌습니다.
- 화합물, 디 및 tetra 기능 crosslinkers 사이 1.5의 비율을 사용 합니다. 완전 한 crosslinker와 monofunctional 바인더 1.2의 비율을 사용 합니다. photoinitiator의 콘텐츠 반응성 수 지에 1.3 wt.% 이었고 가소제의 콘텐츠는 총 30 wt.%. 화합물 내에서 나, 78 wt.%의 분말 콘텐츠를 사용 합니다.
- 복합 2에서 분말 콘텐츠 82 wt.% 증가.
- 복합 세에서 1.8 디 및 tetra 기능 crosslinkers의 비율을 변경 하 여 사면체 기능 crosslinker의 양을 증가.
- 복합 4에서 75 wt.%를 분말 콘텐츠를 감소 하 고 1.0 monofunctional 바인더에는 crosslinker의 비율을 변경.
- IV를 설명한 섹션 1.4.2 화합물에 따라 다른 유기 및 photoreactive 구성 요소를 믹스. 고속 행성 볼 밀의 수 구성 요소를 소개 ( 재료의 표참조) 1000 rpm의 속도로 4 분을 위한 혼합물을 균질 하 고. 또한, 가소제는 경화 후 폴리머의 높은 유연성을 추가할 수 있습니다.
- 필요한 경우 deagglomerate 에탄올 절대, 분산 에이전트와 같은 휘발성 용 매를 사용 하 여 알 루미나 분말 ( 재료의 표참조) 및 알 루미나 볼 밀링.
- 폴리머 혼합물에 가루를 추가
- 세 가지 수준에서 혼합 균질: 45 1000 rpm에서 4 분 1500 rpm, 그리고 30 s s 2000 rpm에서.
참고: 경우 증가 온도 식혀 물으로 할 수 있다. 필요한 경우, 혼합 두 번 반복 합니다. - 현 탁 액의 특성
- 유 변 학적 행동, 특히 흐름 동작의 특성 값으로 동적 점도 특징. 측정 설정 인쇄 프로세스 매개 변수, 특히 주조 속도 기반으로 해야 합니다.
- 고분자를 사용 하 여 측정 시스템 (직경에서 25 m m),-25 ° C ~ 200 ° C 사이 조정 가능한 콘/접시 ( 재료의 표참조).
- 접시에 정지의 샘플 (약 1 mL)을 넣고 회전 측정에 대 한 고분자의 측정 지침을 따르십시오.
- 20 ° C의 일정 한 온도에서 0.01 ~ 1000의-1 의 전단 속도 증가 하 고 토크를 측정 하 여 동적 점도 분석.
참고: 과정, 현 탁 액 40 m m/s의 속도와 캐스팅 됩니다. 따라서, 전단 속도가 약 200 s-1인쇄 부품의 운동을 위한 낮은 고 건물 플랫폼 코팅된 현 탁 액 내에서 고정. 따라서, 유 변 학적 측정의 설정 정의 됩니다. - 정지 동작 0.1 s-1 의 전단 속도 대 한 600 Pa·s 아래와 10 ~ 300의-1의 전단 속도 10 Pa·s 아래 동적 점성을 숱이 전단 표시 다는 것을 확인 하십시오.
- 개발 된 정지의 경화 거동을 특징. 전에, 하는 동안, 그리고 빛과 노출 후 측정 진동 하 여 경화 거동 분석 (300 ~ 500의 파장으로 nm).
- 고분자를 사용 하 여 (참조 테이블의 자료), 예를 들어,-25 ° C ~ 200 ° C, 접시 사이 조정 / 블루 LED 조명 소스와 함께에서 50 µ m의 간격으로 측정 시스템 (직경에서 25 m m) 접시 (유리) (405의 파장으로 nm).
- (유리) 접시 아래 LED를 수정 하 고 강도 조정 photometer를 사용 하 여 인쇄 강도 (약 33 mW/cm2) 준수.
- (유리) 접시에 약 1 mL의 현 탁 액 샘플을 넣고 50 µ m의 간격을 사용 하 여 측정 위치 측정 시스템의 번호판 이동.
- G´ 저장 모듈러스를 측정-복잡 한 전단 모듈러스 G *의 일부-10 rad/s의 주파수와 일정 변형 진폭 (예, 0.1% [0.09 °])를 사용 하 여.
- 노출, 전에 60 10 s 간격에 G´ 측정 s. 이것은 액체 현 탁 액에 대 한 G´의 첫 번째 고원 나타냅니다.
- 완료 되 면, 노출 후에 60 시작 블루 LED를 사용 하 여 s (참조 테이블의 재료) (예를 들어, 1-4 s) 정의 된 기간에 대 한. 측정 G´ 중 고 노출 후입니다. G´ 중 합 과정을 나타내는 노출 때문에 증가 한다. 노출 시간 및 서 스 펜 션 속성에 따라 G´는 중 합 하는 동안 두 번째 고원에 증가할 것 이다.
- 유 변 학적 행동, 특히 흐름 동작의 특성 값으로 동적 점도 특징. 측정 설정 인쇄 프로세스 매개 변수, 특히 주조 속도 기반으로 해야 합니다.
2. 단일 등급의 제조 및 세라믹 SLA에 의해 FGM 구성 요소
- 세라믹 DLP SLA 인쇄 장치를 사용 합니다. 장치 설명에 대 한 토론 을 참조 하십시오.
- 경화의 깊이 조사 합니다. 이 단계는 (즉, 후속 중 합 과정과 빛의 침투 깊이) 슬러리의 경화 기능을 결정 하는 데 필요한. 이:
- 투명 한 일 조각에 약 1 mL (단계 1.4에서에서 준비) 수 지 세라믹 가득 슬러리의 적용 ( 토론참조) 주걱의 도움으로. (예를 들어, 나일론 유리 섬유 주걱) 높은 화학 저항을 가진 폴리머 주걱을 사용 합니다.
- 슬러리와 포 플러시 인쇄 유리 접시에 놓습니다.
- 프로젝트, DLP SLA 인쇄 장치, 빛 마스크 테스트 노출 고정된 개수의 범위 0.5 ~ 4 초에 대 한 s.
- 초과 uncured 슬러리를 제거 합니다.
- 마이크로 미터의 도움으로 치유 레이어를 측정 합니다. 경화 두께 이어야 합니다 적어도 선택한 레이어, 건물의 것과 동일 하지만 충분 한 빛이 침투를 제공 하기 위해 여러 번 층의 두께 도달 하는 것이 좋습니다.
- 2.1.1.1 단계를 반복 합니다. 2.1.1.5를 원하는 치료 될 때까지 두께 도달.
- 경화의 깊이 조사 합니다. 이 단계는 (즉, 후속 중 합 과정과 빛의 침투 깊이) 슬러리의 경화 기능을 결정 하는 데 필요한. 이:
- 다음과 같이 기능 등급된 소재 부품을 제조 한다.
- CAD 소프트웨어를 사용 하 여 원하는 부품의 3 차원 모델을 생성 합니다.
- 3 차원 파일 조각화 소프트웨어의 도움으로 필요한 두께의 층을 슬라이스. 전형적인 레이어 두께 100 µ m. 25에서 인쇄 시스템의 범위는 *.slc 형식에서 슬라이스 파일을 저장 합니다.
- *.Slc 파일에는 장치를 통해 USB 또는 네트워크 연결을 전송 합니다.
- 인쇄 프로그램 만들고 인쇄 매개 변수를 조정 (예를 들어, 계층, 전송 속도 [주조], 및 건물 플랫폼 당 경화 속도).
- 세라믹 슬러리 (약 200 g)로 절반 용량 인쇄 장치의 저수지를 채우십시오.
- 슬러리는 저수지로 다시 펌핑을 시작 될 때까지 펌프 시스템을 채우기 위해 슬러리 수송. 생성 된 슬러리 계층 대상된 파일 조각 층 간격으로 여러 번 두껍게 있는지 확인 합니다.
- 인쇄 장치에 통합 하는 진공 펌프의 진공 압력을 사용 하 여 건물 플랫폼으로 금속 인쇄판을 연결 합니다.
- 인쇄 프로그램을 시작 합니다.
참고: 인쇄 장치 슬러리 계층을 전송 자동으로 됩니다. 필요한 경우 인쇄 하는 동안 슬러리 저수지를 리필. - 인쇄 프로그램 완료 되 면 제품으로 금속 인쇄판을 제거 합니다. 진공 펌프 스위치와 동시에 접시를 개최.
- 온화한 유기 용 매 (예, 소 프로 파 놀)으로 제품 표면에 부착 된 나머지 슬러리를 청소. 슬러리의 얇은 층 준수 지기도 큰 표면 가진 제품 부품의 표면에 남아 있을 수 있습니다.
- 씻어 서 제품 증기 두건에서 실 온에서 건조.
3. 공동 디 바인딩 및 공동 단일 등급의 소 결 및 FGM 구성 요소
- 다음 단계에 설명 된 대로 녹색 샘플을 debind.
- 먼저, 위에 샘플 온도 적어도 50 ° C에서 소 결 했다 특별 한 킬 른 가구를 인쇄 부품의 최종 소 결 온도 보다 더 높은. 이렇게 함으로써, 다른 마 가구 debound 구성 요소 전송 필요 하지 않습니다.
- 용광로에서 낮은 난방 속도 debinding 프로그램 수행 ( 재료의 표참조) 공기 분위기에서 600 ° C까지 (예를 들어, 7.5 ° C/h의가 열 속도). 400 ° C, 및 600 ° C 10 h. 증가 60 ° C/h 900 ° C와 2 헤의 면만 사용 하 여 600 ℃에서가 열 속도의 3-5 ° C/min의 속도와 진정, 200 ° C에서 유지 시간을 사용 합니다.
참고:이 주기 이전 특성에 의해 기반 TGA-DSC; 그러나, 고분자 수 지 성분의 다른 세트는 업데이트 debinding 프로그램이 필요 합니다. 이 세라믹 제조에 중요 한 단계 이며 무시 해서는 안.
참고: 모든 유기 바인더 재료,이 단계에서 열 제거, 동안 동일한 단계에서 안전 하 게 소 결 킬 른을 샘플의 후속 전송 수 있도록 시작은 알 루미나 입자의 presintering. - 샘플 캐리어 접시와 함께 소 결로 전송 ( 재료의 표참조).
- 에서 2 h 1600 ° C에서 공기 분위기에서 샘플 sinter 3 ° C/min의 승 온 속도 사용 하 여 최대 900 ° C, 최대 1600 ° c.의 마지막 온도 1 ° C/min 다음
참고: 구성 요소의 예상된 선형 수축 량은 약 20%-25%에서 x, y 방향과 z 방향에서 25%-30%.
4. 단일 등급 및 등급 기능 부품의 특성
- 다이아몬드 톱으로 샘플을 잘라내어 ceramographic 메서드를 사용 하 여 표면 폴란드어.
- 미세 FESEM를 사용 하 여 조사 ( 재료의 표참조).
참고: 두 개의 기능적 등급 단계 및 사용된 재료의 경계 인터페이스에서 다공성을 않았는지 살펴보십시오. 더 자세한 결과 얻으려면 인터페이스 분석을 수행 합니다. 다공성이 너무 높은 경우, 최적화 서 스 펜 션 구성 (제 1), (섹션 2.2) 인쇄 매개 변수 및 열 처리 (제 3). 타겟된 다공성 1% 미만 이다입니다.
- 미세 FESEM를 사용 하 여 조사 ( 재료의 표참조).
Representative Results
생산의 단일 소재 부품, 결국, 기능에 대 한 거시적인 범위는 알 루미나에 따라 정지만에서 조밀한과 다공성 섹션의 조합에 의하여 등급된 구조 사용 되었습니다.
분산 후 사용된 알 루미나 분말의 평균 입자 직경 (D50)의 측정 결과 0.47 µ m 이었다. 이 결과에서 0.45 0.5 µ m의 실제 입자 크기의 주어진된 정보와 상관 한다. 그림 1A 는 알 루미나 분말의 FESEM 분석 준비 및 그림 1B 전에 드롭 표면의 FESEM 이미지로를 자세히 보여줍니다. 그림 1C 및 1D 그림 말린된 상태에서 deagglomerated 알 루미나에 대 한 동일을 표시합니다. (직경이 100 µ m까지), 큰 둥근 알갱이로 일반적인 조건에 대 한 원료를 누르면 건조 하지만 치료 분말 단일 기본 입자로 존재 하지 않습니다. 드롭 표면의 FESEM 이미지 실제 입자 크기는 약 0.45 μ m 알 루미나 치료 (그림 1B) 및 deagglomerated (그림 1D)의 기본 입자를 표시합니다.
그림 2 는 전단 속도의 기능으로 알 루미나 분말에 따라 개발 된 정지의 동적 점도-로그 프레 젠 테이 션-에 관한 다양 한 분말 콘텐츠, 다른 구성에 따라 바인더 crosslinker 비율, 그리고 분산 에이전트의 콘텐츠입니다. 모든 서 스 펜 션 구성 표시 행동, 동적 점도의 다른 수준 그러나 숱이 전단.
서 스 펜 션 동질성 세라믹-고분자 수 지의 얇은 조각의 FESEM 이미지를 그림 3 에 표시 됩니다. 세라믹 기본 입자는 고분자 동안 명확 하 게 표시 수 지 전자 검출기에 의해 감지 되지 않는 어느 정도 하는 것입니다.
저장 탄성 율의 측정 시간에 따라으로 경화 동작을 시간의 함수로 G´ 그림 4에 표시 됩니다. 인쇄 장치의 조정 가능한 매개 변수 인쇄 중 경화 시간을 평가 하는 데 도움이 됩니다. 현 탁 액 1000 아래 G´의 일정 한 레벨을 표시 하는 일반적으로, 꾸준한 변형 Pa. 정지의 노출 동안 시작 되는 60 후 노출 시간에 따라 증가 하는 s, G´-1-20의 범위에서 다양 한 s-10 위 G´의 높은 수준에5 아빠 다이어그램 내에서 곡선 경화 폴리머-세라믹-복합 강도 영향을 보여 서 스 펜 션의 다른 노출 시간을 나타냅니다.
세라믹 SLA 인쇄 장비, Admaflex 기술을 사용 하 여 전송 시스템 덕분에 고 점도 세라믹 슬러리를 처리할 수 있습니다. 픽셀-픽셀 제어는 네트워크의 각 섹션에 대 한 조사 빛을 지시 하 여 FGM 부분을 잉태 수 있습니다. 아래-과도 효과 같은 픽셀-픽셀 제어 기능에 의해 보상 될 수 있습니다. 또한,이 다른 섹션을 식별 하는 개발된 소프트웨어 제품군에 의해 보완 됩니다-다공성 및 밀도-노출된 지역 당 가벼운 동작의 차이 보상 하기 위하여. 이 독점적인 기술은 적응된 빛 치료 전략을 같은 섹션을 제공 한다.
3 차원 구조와 조성 1 (그림 2) 단일 구성 요소 FGMs에에서 제시 된으로 동적 점도 동작 정지를 사용 하 여 장치 매개 변수의 경험적 결정 후 제조 되었다. 그림 5A 는 복잡 한 3 차원 모델 그림 5B 쇼 없애는 연구 프로그램 내에서 제조 된 알 루미나 정지를 기반으로 하는 소 결된 테스트 구조를 보여 줍니다.
그림 6 은 조밀한 부분; 내 단일 소재 FGM 구성 요소 미세의 FESEM 이미지 거시적인 범위는 다공성이 이다.
그림 1: FESEM 이미지. 처음 두 패널 원래 알 루미나 분말 및 (B) 표면 세부 필드-방출 스캐닝 전자 현미경 (A)의 이미지를 보여줍니다. 다음 두 개의 패널 deagglomeration 및 (D) 표면 세부 후 분말 입자 (C)의 필드-방출 스캐닝 현미경 이미지를 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2: 구성에 따라 다른 개발된 정지로에 대 한 전단 속도의 기능으로 동적 점도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3: 세라믹 수 지 서 스 펜 션의 필드-방출 스캐닝 전자 현미경 이미지. 그림은 고분자 수 지에 분말 현 탁 액 동질성을 보여줍니다.
그림 4: 저장 모듈러스 다른 구성으로 여러 정지 시간의 기능으로 G´
그림 5: 3 차원 모델링 및 인쇄. (A) 단일 물질 기능 등급 세라믹이 패널 쇼 3 차원 모델 소재 구성 요소입니다. (B)이이 패널 인쇄 과정의 소 결된 결과 보여줍니다.
그림 6: 필드-방출 소 결된 알 루미나 구조의 전자 현미경 이미지 스캔. (A)이이 패널 개요를 보여 줍니다. (B)이이 패널 상세한 이미지를 표시합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
Discussion
의료 임 플 란 트에 대 한 원료의 순도 99.9%의 이상적으로 그리고 더 높은 수 있다. 이 프로젝트는 좁은 입자 크기 분포, 평균 입자 크기 < 0.5 µ m와 약 7 m2/g의 특정 표면 비 상업적인 알 루미나 분말을 사용 합니다. 또는, 그것은 또한 상업 소재 작곡을 사용 하 여입니다.
이러한 특정 세라믹-폴리머 슬러리에 대 한 가장 적절 한 처리 상태를 달성 하기 위해 위에서 언급 한 인쇄 기술을 사용 합니다. 이 기술은 인쇄 영역에는 저수지에서 슬러리를 운반 하는 교통 호 일 시스템을 갖추고 있다. 인쇄 영역 되는 광원 그 프로젝트 썬된 레이어 하단에 투명 한 유리 표면의 구성 됩니다. 인쇄 영역 맨 z 축 슬라이드 덕분에 위로, 아래로 수직으로 이동할 수 있는 건물 플랫폼이 이다. 제품, 다음, 인쇄 영역 위에 진공 흡입에 의해 붙어 있을 수 있는 금속 인쇄 판의 표면에 달려있습니다. 사용 하지 않는 슬러리는 다음와 퍼, 회복된, 펌핑된 다시 원래 저수지, 연구원 3 차원 모델의 건축을 위해 사용 하지는 슬러리를 다시 사용할 수 있는 폐쇄 회로 만들에 의해 수집 됩니다. 다른 소프트웨어 매개 변수는 다른 슬러리 구성 및 세라믹 필러에 과정을 적응 시키기 위하여 바뀔 수 있다. 프린터 제어 빛, 온도 및 습도 설정 된 방에 배치 되어야 합니다. 방 외부 빛;에 대 한 UV 필터와 함께 장착 해야 합니다. 또한, 약 20-24 ° C와 40% 상대 습도의 온도 하는 것이 좋습니다. FESEM 이미징 deagglomeration, 업체가 이론적인 0.45 μ m 알 루미나 소재 분석에 비해 후 알 루미나 분말의 명백한 더 큰 평균 입자 크기를 보여 줍니다. 이 덩어리의 점에서 설명 될 수 있다. 동안 건조, deagglomeration 단계 후 입자 다시 agglomerate 1D 그림에서에서 보듯이. 서 스 펜 션 준비 하는 동안 다시 응집된 입자 표면 기능화 단계 덕분에 분산 수 있습니다. 더 작은 명백한 입자 크기는 FESEM에서 볼 수 있습니다 그림3에서 슬러리의 이미징.
유 변 학적 행동에 관한 세라믹 SLA 기술 (예를 들어, Admaflex 기술)에 대 한 이상적인 슬러리 전단 동작 (즉, 높은 전단 속도 감소 동적 점도) 숱이 있어야 합니다. 지원 호 일 또는 분배 장치 내에서 사용에 최적의 캐스팅에 대 한 동적 점도 낮은 전단 속도에서 이상적인 범위에서 지켜져야 한다. 낮은 전단 속도에서 동적 점도 너무 높은 경우 200 µ m의 슬러리 층의 캐스팅 의사 블레이드 아래 격차를 채우기 위해 흐름의 부족에 의해 방해 받을 수 있습니다. 동적 점도 그것 너무 낮은 경우, 중단 때문에 자연 스러운 흐름 (중력) 지원 호 중이거나 블레이드 아래 저수지에서 자체 흐름 수 있습니다. 모든 조사 정지에 대 한 동적 점성 증가 전단 속도 감소. 최적의 현 탁 액 흐름 동작 구성 1 (그림 2)에 의해 제공 됩니다. 슬러리 구성에서 다른 변화는 서 스 펜 션의 유 변 학적 행동을 영향을 줍니다. 필요한 범위에 낮은 동적 점도와 최적의 흐름 동작 정지 하 여 달성 되었다 1 복합. 분말 콘텐츠 또는 비-최적의 콘텐츠의 분산 에이전트 (복합 2) 다기능 crosslinker (구성 3)의 더 높은 금액을 사용 하 여 바인더 crosslinker 비율의 변경의 증가 동적 점도의 증가를 주도 disadvantageously는 과정에 대 한입니다. 분말 콘텐츠 낮은 경우에, 분산 에이전트 (구성 4), 비-최적의 콘텐츠로 낮은 콘텐츠 다기능 crosslinker 그리고 조합에서 함께 동적 점도 강력 하 게, 감소는 불안정에 현 탁 액입니다.
저장 모듈러스 빛 조사 시 슬러리의 G´에 정지의 경화 거동에 대 한 자세한 수 있습니다. 이 실험적인 테스트 인쇄 장치 자체에 치료의 깊이에 의해 보완 됩니다. 다른 치료 시간에 경화 거동은 최적의 유 변 학적 행동으로는 알루미늄 서 스 펜 션에 대 한 특징 이었다. 시작을 치료 하기 전에 G´의 저수준을 보여준다 펜션과 100 아래 값 선물 아빠 치료 시작 때 더 높은 레벨로 G´의 증가 의해 photoreactive 생명체의 중 합을 유추 수 있습니다. 증가 경화 시간, G´의 기울기 증가 10의 범위에서 최대5 107 Pa는 구성에 따라 달라 집니다. 1 경화 시간 10 아래 최종 G´ 이끌어 s6 Pa, 최소 필요한 강도 대 한 충분 하지 않습니다. 증가 경화 시간, 더 많은 에너지 (광자)는 빠르고 높은 학위 변환 (높은 슬로프)의 결과로 더 높은 G´로 연결 서 스 펜 션에 공급 됩니다. 개발 된 알루미늄 서 스 펜 션에 대 한 최적의 치료 시간 2 ~ 3의 범위에 있어야 s. 4의 경화 시간 s, G´의 마지막 수준 및 경화 기울기는 2 x 106 아빠 보다 큰 값 변환 작업이 거의 완료 되 고 거의 아무 uncured 폴리머 존재. 추가 에너지 공급 슬러리 및 건물 플랫폼 제품의 첨부 파일에 부정적인 영향을가지고 취 성 구조에 따른 폴리머의 과도 한 경화 overcuring 될 수 있습니다.
이 원고에 대 한 선택 단일 FGM 테스트 구성 요소 그림 5에서 볼 수 있는 조밀한 외피와 다공성 뼈 같은 중앙 코어를 포함 하는 hemi 상 악 임 플 란 트 구조입니다. 이 모델을 없애는 제조 하 고 결함이 없는, FESEM 영상으로 본 소 결 될 수 있습니다. 미세 구조와 벽 두께 (0.1 m m 미만 함) 실현 될 수 및 소 결 하는 동안 명백한 개 악 없음 발생 했습니다. 그것은 단일 알 루미나 부품의 미세 균질 입자 크기와 주어진된 소 결 온도에서 세라믹 처리에 대 한 일반적인 발견 했다. 대량 지역에서 다공성은 매우 낮은 (< 1%), 그리고 이론 밀도에 비해 밀도 > 99%를 달성 했다.
Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
이 프로젝트는 유럽 연합의 수평선 2020 연구 및 부여 계약 번호 678503에서 혁신 프로그램에서 자금을 받았다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Taimicron (TM-100D) | Taimei Chemicals Co Ltd., Japan | … | alumina (commercial) |
| BYK LP C22124 | BYK-Chemie GmbH, Germany | … | dispersant |
| Mastersizer 2000 | Malvern Instruments Ltd., United Kingdom | … | laser diffractometer |
| TriStar 3000 | Micromeritics Instrument Corp., USA | … | adsorption/desorption |
| Pulverisette 5/4 classic line | Fritsch GmbH, Germany | … | planetary ball mill |
| Thinky ARV-310 | C3-Prozesstechnik, Germany | … | high-speed planetary ball mill |
| Modular Compact Rheometer MCR 302 | Anton Paar, Graz, Austria | … | rheometer |
| UV-LED Smart | Opsytec Dr. Gröbel GmbH, Germany | blue LED | |
| prototype | Admatec, Netherland | … | Admaflex |
| NA120/45 | Nabertherm, Germany | … | debinding furnace |
| LH 15/12 | Nabertherm, Germany | … | sintering furnace |
| Gemini 982 | Zeiss, Germany | … | FESEM |
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