이 원고 없애는 스테레오 리소 그래피에 의해 제조 하는 단일 다기능 세라믹 부품 (예:고밀도 다공성 구조의 조합)의 처리를 설명 합니다.
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.
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.
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 ( 99%를 달성 했다.
The authors have nothing to disclose.
이 프로젝트는 유럽 연합의 수평선 2020 연구 및 부여 계약 번호 678503에서 혁신 프로그램에서 자금을 받았다.
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 |