مكونات مادية متعددة المستندة إلى الخزف – المضافة في تصنيع مكونات الزركونيا اللونين الأبيض والأسود بلدن 3D-الطباعة (سيرام-T3DP)

Engineering
 

Summary

هنا يمكننا وصف بروتوكول ثنائيو تصنيع مكونات الزركونيا اللونين الأبيض والأسود بلدن 3D-الطباعة (سيرام-T3DP) وشارك تلبد خالية من العيوب.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations | Reprints and Permissions

Weingarten, S., Scheithauer, U., Johne, R., Abel, J., Schwarzer, E., Moritz, T., Michaelis, A. Multi-material Ceramic-Based Components – Additive Manufacturing of Black-and-white Zirconia Components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM - T3DP). J. Vis. Exp. (143), e57538, doi:10.3791/57538 (2019).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

للجمع بين الفوائد من مضافات التصنيع (ص) مع الفوائد من الناحية الوظيفية تصنيف المواد (ختان الإناث) للمكونات المستندة إلى السيراميك د 4 (ثلاثة أبعاد للهندسة ودرجة واحدة من الحرية فيما يتعلق بالخصائص المادية في كل موضع) وقد وضعت الحرارة 3D-الطباعة (سيرام-T3DP). هي تقنية صباحا مباشرة مما يسمح صباحا مكونات مادية متعددة. لإظهار مزايا هذه المكونات الزركونيا اللونين الأبيض والأسود التكنولوجيا كانت ثنائيو المصنعة وشارك متكلس خالية من العيوب.

اثنين من أزواج مختلفة من البارود الأسود والأبيض الزركونيا استخدمت لتحضير المعلقات اللدائن المختلفة. المعلمات المناسبة الاستغناء عن التحقيق لتصنيع مكونات اختبار واحد-المواد وتعديلها لتصنيع مكونات الزركونيا متعدد الألوان المضافة.

Introduction

وظيفيا، تصنيف المواد (ختان الإناث) هي المواد مع مجموعة متنوعة من الخصائص المتعلقة بالتحولات في بنية دقيقة أو في المواد1. يمكن أن تكون هذه التحولات متقطعة أو مستمرة. أنواع مختلفة من تشويه الأعضاء التناسلية الأنثوية معروفة، مثل المكونات مع التدرجات المادية، مسامية متدرجة، فضلا عن مكونات متعددة الألوان.

ختان الإناث-مكونات يمكن صنعها بمفرده التقليدية تشكيل التكنولوجيات2،3،4،5،،من67 أو بالجمع بين هذه التكنولوجيات، سبيل المثال، بوضع العلامات بالعفن كمزيج من الشريط صب وحقن صب8،9.

تصنيع المواد المضافة (ص) يسمح لإنتاج المكونات مع حرية تصميم لم يسبق له مثيل حتى الآن. وهذا يعتبر في حالة فن تشكيل التكنولوجيا للبوليمرات والمعادن. أول العمليات التجارية لتجهيز السيراميك المتاحة10، وتستخدم ما يقرب من جميع التكنولوجيات المعروفة صباحا للساعة سيراميك في المختبرات في جميع أنحاء العالم11،،من1213.

للجمع بين مزايا صباحا مع فوائد ختان الإناث إلى المكونات المستندة إلى السيراميك د 4 (ثلاثة أبعاد للهندسة ودرجة واحدة من الحرية فيما يتعلق بالخصائص المادية في كل موضع) الطباعة 3D اللدائن (سيرام-T3DP) قد وضعت في فراونهوفر إيكتس في درسدن بألمانيا، كتكنولوجيا صباحا مباشرة. وهذا ما يسمح صباحا من مكونات مادية متعددة14،15،،من1617. ويستند سيرام-T3DP انتقائية ترسب قطرات واحدة من المعلقات الحرارية الجسيمات شغلها. باستخدام أنظمة الجرعات متعددة، يمكن أن تودع المعلقات اللدائن المختلفة بجانب بعضها البعض طبقة بطبقة لإنتاج معظم المواد فضلا عن التدرجات الممتلكات داخل المكونات الخضراء المصنعة ثنائيو18. على عكس العمليات صباحا غير المباشرة، التي سبق المواد المودعة يصلب بشكل انتقائي على الطبقة بأكملها، سيرام-عملية T3DP لا يتطلب بذل جهد إضافي لإزالة أي مواد غير وطدت قبل ترسب المواد التالية، مما يجعلها أكثر ملاءمة صباحا مكونات مادية متعددة.

على الرغم من أن استخدام سيرام-T3DP عملية يسمح صباحا لتشويه الأعضاء التناسلية الأنثوية، وتحقيق المكونات المستندة إلى الخزف مع خصائص لم يسبق لها مثيل، وهناك تحديات ينبغي التغلب عليها فيما يتعلق بالمعالجة الحرارية اللازمة بعد العملية صباحا، بغية الحصول على مركب مادية متعددة. على وجه الخصوص، مساحيق المزدوجة في المواد المركبة التي تحتاج إلى يمكن بنجاح المشترك متكلس، الذي تلبد المكونات قد يكون أداؤها في نفس درجة الحرارة والجو. ولذلك، شرط أساسي لجميع المواد بدرجة حرارة تلبد قابلة للمقارنة والسلوك (ابتداء من درجة حرارة تلبد، تقلص السلوك). بغية تفادي الإجهاد الميكانيكي الحرجة أثناء التبريد، معامل التمدد الحراري لجميع المواد يجب أن يكون تقريبا تساوي11.

مزيج مواد ذات خصائص مختلفة في عنصر واحد يفتح الباب لمكونات بخصائص لم يسبق لها مثيل لتطبيقات متعددة. مثلاً الفولاذ المقاوم للصدأ-زركونيا المركبة يمكن استخدامها كأدوات القطع ومكونات مقاومة للبلى، والطاقة، ومكونات خلية الوقود أو الأدوات الجراحية ثنائية القطب19،،من2021،22، ،من 2324. هذه المكونات يمكن أن يتحقق سيرام-T3DP14،15،،من1617، أيضا، بعد تعديل سلوك تلبد ب عملية طحن خاصة16.

تشويه الأعضاء التناسلية الأنثوية على أساس السيراميك مع مسامية متدرجة مثل الزركونيا الكثيفة والتي يسهل اختراقها تجمع بين خصائص ميكانيكية جيدة جداً في المناطق الكثيفة مع ارتفاع سطح نشطة من المناطق المليئة بالثغرات. مثل مكونات يمكن تصنيعها ثنائيو قبل سيرام-T3DP18.

في هذه الورقة، ونحن التحقيق صباحا مكونات الزركونيا مع اثنين من الألوان المختلفة في عنصر واحد من سيرام-T3DP. اخترنا الزركونيا أبيض وأسود لهذا الجمع في أحد مكونات السيراميك مثيرة للاهتمام لتطبيقات المجوهرات. الطلب على السلع الكمالية فردية عالية جداً ولا يزال متزايداً. سوف تسمح التكنولوجيات التي تتيح صباحا المكونات المادية المتعددة المستندة إلى السيراميك بدقة عالية وخصائص سطح جيدة جداً لتلبية هذا الطلب. وتستخدم السيراميك مثل زركونيا على سبيل المثال لمشاهدة إنتاج مكونات مثل الحالات يشاهد ومبدِّل أو لعصابات بسبب الملموسات الخاصة، لمحة وصلابة وانخفاض الوزن مقارنة بالمعادن.

Protocol

1-الحرارة تعليق سيرام-T3DP

  1. تحديد مساحيق
    1. لإعداد تعليق اللدائن الأسود استخدام الزركونيا الأسود مساحيق الزركونيا الأسود-1 و الزركونيا الأسود-2-
    2. لإعداد معلقات الحراري الأبيض استخدام الزركونيا أبيض-1 و الزركونيا أبيض-2.
      ملاحظة: بمصنّع زركونيا الأسود-2 يستخدم أصباغ (4.2 wt.-%) لتلوين الزركونيا وينص أيضا على أن كل المساحيق لها نفس السلوك تلبد. بالإضافة إلى ذلك، يساهم وجود نسبة عالية من الألومينا (20.43 wt.-%) إلى اللون الأبيض من الزركونيا الأبيض-2- مساحيق الزركونيا الأسود-1 و الزركونيا أبيض-1 تركيبة مختلفة وهكذا تتطلب درجة حرارة تلبد مختلفة للتكثيف كاملة. وعلى النقيض من الزركونيا أبيض-1، يتكون الزركونيا الأسود-1 في معظم أصباغ wt.-% 5. تلبد درجات الحرارة الموصى بها 1400 درجة مئوية الزركونيا الأسود-1 و 1350 درجة مئوية الزركونيا أبيض-1.
  2. تميز مساحيق فيما يتعلق بالشكل والمساحة وتوزيع حجم الجسيمات.
    ملاحظة: استخدمت الصور مجهرية المسح الإلكترون لوصف شكل الجسيمات. وتم قياس توزيع حجم الجسيمات من المساحيق المستخدمة بطريقة حيود ليزر (ليزر ديفراكتوميتير). قدمت القياسات للخصائص السطحية للمساحيق المستخدمة الصنع.
  3. لإعداد تعليق الزركونيا مختلفة تذوب خليط من البارافين وشمع العسل عند درجة حرارة 100 درجة مئوية في هياتابل الهواء وتجانسه خليط البوليمر.
    1. قم بإضافة المسحوق في العديد من الخطوات للوصول إلى محتوى مسحوق من 40 vol.%.
    2. مجانسة المسحوق-البوليمر-المخلوط بالتحريك ح 2 في 100 درجة مئوية. تكفل جميع معلقات مسحوق نفس المحتوى (40 vol.%).
  4. توصيف للإيقاف
    1. تميز سلوك انسيابية تعليق المنصهر باستخدام رهيوميتير لأسعار القص في نطاق بين 0-5,000/s لدرجات حرارة مختلفة في نطاق بين 85 درجة مئوية و 110 درجة مئوية.
      ملاحظة: كنا رهيوميتير قابل لتعديل بين-25 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية مع لوحة/لوحة قياس نظام (25 مم). وتم قياس عزم الدوران، وحسبت اللزوجة الدينامية.
    2. ارسم اللزوجة الديناميكية كدالة لمعدل القص وتأكد من أن اللزوجة الدينامية أدناه 100 Pa·s لقص بمعدل 10/s وأدناه 20 Pa·s لقص بمعدل 100/s وأقل Pa·s 1 لمعدل قص 5,000/s أو زيادة درجة الحرارة داخل النطاق المسموح به.
    3. تغيير تكوين تعليق بإضافة خليط البوليمر إذا كانت لزوجة ديناميكية عالية جداً حتى بالنسبة لدرجة حرارة 110 درجة مئوية.

2-تصنيع مكونات فردية ومادية متعددة من سيرام-T3DP

  1. الأجهزة المستخدمة
    ويبين الشكل 1 رسم CAD سيرام المستخدمة- T3DP-جهاز الماسح الضوئي الشخصية وثلاثة مختلفة الاستغناء عن النظم الصغيرة، التي يمكن أن تعمل في وقت واحد أو بالتناوب. استخدام اثنين منهم لإنتاج مكونات اللونين الأبيض والأسود.
    1. تعيين ترسب القطرات إلى تكرار ما يصل إلى 100/s والمحاور التحرك سرعة قصوى من 20 مم/s.
  2. التحقيق من ترسب المعلمات
    التحقيق في تأثير المعلمات ترسب (يعمل بسرعات نظام الاستغناء عن الصغرى؛ ودرجات الحرارة من الخزان تعليق وفوهة؛ سرعة المحور) على خصائص قطرات الناتجة عن ذلك (الشكل؛ حجم التجانس) أو الحبرية سلاسل (الشكل؛ التجانس ووحدة التخزين).
    1. تختلف المعلمات ترسب وإيداع قطرات واحد فضلا عن سلاسل الحبرية باستخدام ترددات مختلفة وسرعات محاور للترسيب.
      ملاحظة: تأثير المعلمات موزع على خصائص المواد قد نوقشت قبل25. فقط تم تحديد حدود قيمة المعلمة تجريبيا.
    2. تأكد من أن التباين في الحبرية سلسلة الارتفاع والعرض ينبغي أن لا تتجاوز 3 في المائة. تختلف المعلمات عرض النبض، عامل الانصهار الحبرية (قوات الأمر الواقع) وعرض البثق (تشريح المعلمة) للتعويض عن القطر الخلافات تصل إلى 100 ميكرون وارتفاع الخلافات تصل إلى 50 ميكرون.
      ملاحظة: ليس من الضروري والممكن ربما لا يدركون تماما على شكل نصفي الكرة الأرضية كقطرات واحدة، ولكن لديك للتأكد من أن تجانس تشكيل الحبرية مرتفع جداً لضمان بناء متجانس من المكونات.
    3. كرر هذه الخطوة مع المعلمات الأولية مختلفة للعثور على مجموعة معلمة الذي يوفر الشكل الحبرية الأكثر تجانساً فيما يتعلق بالقطر الحبرية، والعرض والارتفاع.
  3. تصنيع مكونات اختبار مادة واحدة
    1. استخدام نموذج ثلاثي الأبعاد الذي تم إنشاؤه للجزء المطلوب واحفظ الملف كتنسيق ملف STL أو صندوق النقد العربي.
    2. استخدام برنامج تشريح (مثل تقطيع اللحم 1 أو 2 تقطيع اللحم) لتوليد رمز ز المقابلة. تعيين خصائص الشكل الحبرية المكتسبة في الخطوة 2، 2.
    3. تحميل رمز ز وملء معلمات العملية إلى سيرام-T3DP-الجهاز. تعيين سيرام-T3DP-جهاز للمعلمات التي تم الحصول عليها في الخطوة 2، 2 تتوافق بالشكل الحبرية المقدمة إلى مقسم طريقة العرض. بدء تشغيل برنامج تشغيل الجهاز بدء مهمة بناء.
      ملاحظة: أنها مفيدة لصنع بعض عينات الاختبار قبل بناء الجزء المطلوب أو استخدام تعليق جديد.
  4. سيرام-T3DP مكونات مادية متعددة
    1. لكل المواد المعنية بتنفيذ الخطوة 2، 2.
    2. حدد الاستغناء عن معلمات لكل من المواد التي لها نفس الخصائص التجميعية تقريبا.
    3. ضبط مرتفعات طبقة بتغيير المسافة بين قطرات مفردة والتداخل الناجم عن ذلك لتجنب الخلافات في مرتفعات لمواد مختلفة، مما يؤدي إلى عيوب كبيرة ومكونات الخاطئ.
      ملاحظة: بتقليل المسافة بين قطرات اثنين والتداخل أكبر المرتبطة بها، والعرض والارتفاع من الزيادات سلسلة الحبرية نظراً لحجم قطرات واحدة ثابتة تقريبا. ويمكن ملاحظة أن يزيد عرض سلسلة الحبرية أسرع من ارتفاع سلسلة الحبرية.
    4. استخدام نموذج ثلاثي الأبعاد الذي تم إنشاؤه للجزء المطلوب وقم بحفظ الملف كملفات صندوق النقد العربي. إذا كانت مدعومة تقطيع اللحم ومتعددة المجالات المكونة كما يمكن حفظها في تنسيق ملف STL.
    5. من أجل طباعة مكونات مادية متعددة، تعيين المجالات عنصر المقابلة للمواد المرتبطة بها في برنامج تشريح بتخصيص مقابلة نظام الاستغناء عن الصغرى لكل مادة.
    6. إنشاء مجموعة رموز لكل المواد باستخدام برنامج مقسم طريقة العرض.
    7. تحميل رمز ز وملء معلمات العملية إلى سيرام-T3DP-الجهاز. تعيين سيرام-T3DP-جهاز للمعلمات التي تم الحصول عليها في الخطوة 2، 2 تتوافق بالشكل الحبرية المقدمة إلى مقسم طريقة العرض. بدء تشغيل برنامج تشغيل الجهاز بدء مهمة بناء.

3-شركة ديبيندينج وشارك تلبد أحادية ومتعددة Material المكونات

  1. ديبيند العينات الخضراء في الخطوات التالية منفصلة.
    1. أولاً، وضع العينات في فضفاضة الجزء الأكبر من مسحوق الألومينا خشن الحبيبات (مسحوق سرير) لدعم هيكلياً العينات، وكذلك فيما يتعلق بضمان توزيع حرارة متجانسة وتشجيع إزالة المواد الموثق بالقوى الشعرية.
    2. أداء ديبيندينج بمعدل تسخين منخفضة جداً في فرن (ديبيندينج الفرن) تحت الهواء والغلاف الجوي يصل إلى 270 درجة مئوية. تعيين معدل التسخين إلى 4 ك/ح لضمان ديبيندينج خالية من العيوب.
  2. بعد هذه الخطوة الأولى ديبيندينج بعناية إزالة المسحوق الأسرة على سبيل المثال بفرشاة الجميلة. وضع العينات على أثاث فرن الألومينا.
  3. تطبيق خطوة ثانية ديبيندينج تحت الهواء والغلاف الجوي تصل إلى 900 درجة مئوية (12 ك/ح) في الفرن نفسه.
    ملاحظة: جميع المواد العضوية binder المتبقية حرارياً وأزيلت، حين داخل في نفس الخطوة تلبد مسبقاً من الجسيمات الزركونيا بدأ لتمكين نقل العينات اللاحقة إلى فرن تلبد.
  4. وأخيراً الملبدات العينات تحت الهواء والغلاف الجوي في 1,350 درجة مئوية (180 ك/ح) ح 2 في فرن مناسب (الفرن تلبد). تميز تقلص المكونات بقياس الطول في ثلاثة أبعاد وتأكد من أنها حوالي 20% لكل اتجاه.

4-وصف لمكونات أحادية ومتعددة Material

  1. قطع العينات بشكل صحيح وتلميع السطح باستخدام أساليب سيراموجرافيك.
  2. تطبيق التحقيقات على المجهرية باستخدام "الانبعاث الحقل المسح الإلكتروني المجهري" (فسيم).
  3. فحص بصريا المسامية مرحلتين وفي الواجهة الحدود للمواد المستخدمة. للحصول على نتيجة أكثر تفصيلاً إجراء تحليل واجهة، مثلاً عن طريق فسيم وتحليل الصورة اللاحقة للتحقيق في التسلل داخل المجهرية متكلس.
    مسامية المستهدفة أقل من 1%. إذا كانت المسامية عالية جداً، تختلف المعلمة ترسب ارتفاع (2.2) و/أو نظام المعالجة الحرارية (3).

Representative Results

لإنتاج المكونات المقاسة، تضافرت المساحيق فقط من نفس الشركة المصنعة لكل مكون من مكونات مادية متعددة. تجارب مع مساحيق مصنوعات المختلفة في عنصر واحد ولا تزال جارية. ولهذا الغرض، معدلات تقليص مختلفة يجب أن تؤخذ.

وكانت نتيجة قياس الجسيمات متوسط القطر (d50) من الزركونيا أبيض-1 بعد تشتت 0.37 ميكرومتر. الدول المصنعة على حجم جسيمات الفعلية من 0.04 ميكرومتر (واحد حجم أقل). حجم الجسيمات المتوسط (d50) من الزركونيا الأسود-1 0.5 ميكرومتر. 2 الشكل (A) يبين تحليل فسيم الزركونيا أبيض-1 و الشكل 2 (ب) فسيم صورة لسطح جرانولاتي بالتفصيل. الشكل 2 (ج) و الرقم 2 (د) إظهار نفسه بالنسبة الزركونيا الأسود-1. كل مساحيق غير المعالجة تتكون من حبيبات كروية كبيرة (قطرها يصل إلى 100 ميكرومتر) ونموذجي للمواد الخام الجافة الملحة. فسيم-صور السطوح جرانولاتي تظهر الجسيمات الأولية من الزركونيا أبيض-1 (الشكل 2 (ب)) الزركونيا الأسود-1 (الشكل 2 (د)) مع حجم جسيمات الفعلي تقريبا 0.04 μ (م).

الشكل 2 (ه) 2 (ح) إظهار فسيم-الصور من الزركونيا أبيض-2 و الزركونيا أسود-2. هي أحجام الجسيمات متوسط قياس (d50) الزركونيا مساحيق الزركونيا أبيض-2 والزركونيا أسود-2 ميكرومتر 0.27 و 0.25 ميكرومتر، على التوالي، فيه الجسيمات موجودة كحبيبات كروية مع أقطار تصل إلى 100 ميكرومتر (رقم 2 (ه) و الشكل 2 (ز)). حجم الجسيمات الأولية مساحيق بيضاء أدناه 0.1 ميكرومتر (الشكل 2 (و)). هي الجسيمات الأولية البارود الأسود يصل إلى 0.5 ميكرومتر في القطر (الشكل 2 (ح)).

الشكل 3 (أ) يبين اللزوجة الدينامية لأن الإيقاف استناداً إلى الزركونيا أبيض-1 و أسود زركونيا-1 كدالة لمعدل القص وفي الاعتماد على درجة الحرارة (85 درجة مئوية و 100 درجة مئوية). إظهار كلا المعلقات إمالة رقيق السلوك بغض النظر عن درجة الحرارة.

ويلخص الجدول 1 اللزوجة المقاسة من المعلقات أسعار القص مختلفة ودرجات حرارة مختلفة.

الشكل 3 (ب) يظهر سلوك انسيابية لأن الإيقاف استناداً إلى الزركونيا أبيض-2 الزركونيا أسود-2 (85 درجة مئوية و 100 درجة مئوية). وتظهر جميع الرسوم البيانية إمالة رقيق السلوك. ويلخص الجدول 2 قياس اللزوجة لأن الإيقاف أسعار القص مختلفة ودرجات حرارة مختلفة.

بالإضافة إلى قياسات تسيطر على معدل القص، أجريت قياسات طويلة الأجل. الشكل 3 (ج) يبين مسار اللزوجة الديناميكية خلال القياسات الطويلة الأجل لجميع المعلقات الأربعة بمعدل 10/s ما يزيد على 2 ح قص مستمر. بينما اللزوجة الدينامية من المعلقات الزركونيا بيضاء (الزركونيا أبيض-1 والزركونيا أبيض-2) ثابت تقريبا (الجدول 3)، اللزوجة الدينامية يميل إلى الانخفاض قليلاً من الزركونيا الأسود (الزركونيا الأسود-1 و الزركونيا أسود-2).

بعد تحديد المعلمات الجرعات التجريبية تصنيع مكون واحد، ثلاثة هياكل الأبعاد أصبح يمكن التحكم فيها لكل تعليق. الشكل 4 (أ) يظهر بنية معقدة اختبار متكلس استناداً إلى تعليق مصنوعة من الزركونيا أبيض-1 و ثنائيو المصنوعة من سيرام-T3DP. نفس اختبار بنية ثنائيو تصنعها سيرام-T3DP الزركونيا الأسود-1-ويبين الشكل 4 (ب)تعليق.

الشكل 4 (ج) يظهر هيكل متكلس اختبار استناداً إلى أن الإيقاف الزركونيا من زركونيا أبيض-2، الرقم 4 (د) هيكل متكلس اختبار استناداً إلى الزركونيا أسود-2. بعد تصنيع مكونات لون واحد وقع تصنيع مكونات متعددة الألوان. الشكل 4 (د) إلى 4 (و) إظهار بعض متكلس الزركونيا متعدد الألوان مكونات التصنيع المضافة باستخدام سيرام-T3DP.

الشكل 5 (أ) و الشكل 5 (ب) إظهار الصور فسيم من المجهرية مكونات متعددة الألوان مع واجهة واضحة يمكن تمييزها بين تعليق اثنين على أساس زركونيا مساحيق بيضاء زركونيا-1 (أعلى) و الزركونيا الأسود-1 (أسفل).

وأظهر تحليل الأشعة سينية spectroscopic الطاقة المشتتة (EDX) أن قشرة أكسيد الألومنيوم أكثر يحدث في المجهرية متكلس الزركونيا الأسود-1 (6 أرقام (أ-ج)). لتقييم التكوين والزركونيا الأسود-1-المجهرية خصوصا في المناطق المظلمة بمزيد من التفصيل EDX التحقيقات جرت (6 أرقام (د-ز)) الذي أظهر هطول الأمطار الألومينا (الشكل 6 (ه) ).

Figure 1
رقم 1: رسم CAD من سيرام المستخدمة-- T3DP-الجهاز مع ثلاث وحدات الاستغناء عن الصغرى وماسحة سطح واحد. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
رقم 2: يحبب فيسيم-صورة زركونيا المستخدمة. (أ) يحبب الزركونيا الأبيض-1 -نظرة عامة وسطح (ب) ؛ (ج) يحبب الزركونيا الأسود-1 -نظرة عامة وسطح (د) ؛ (ه) يحبب الزركونيا الأبيض-2 -نظرة عامة والسطح (F) ؛ (ز) الزركونيا أسود-2 يحبب-نظرة عامة والسطح (ح) .

Figure 3
الشكل 3: السلوك انسيابية من لدن المعلقات. (أ) على أساس زركونيا مساحيق الزركونيا أبيض-1 و الزركونيا الأسود-1؛ (ب) استناداً إلى الزركونيا مساحيق الزركونيا أبيض-2 و الزركونيا أسود-2؛ (ج) المقارنة بين جميع المعلقات الأربعة أثناء قياس طويلة الأجل في ثابت القص معدل 10/s.

Figure 4
الشكل 4: متكلس واحد-ومتعددة-material اختبار هياكل ثنائيو المصنعة بواسطة T3DP. (أ) استناداً إلى الزركونيا الأبيض-1 -تعليق؛ (ب) استناداً إلى الزركونيا الأسود-1 -تعليق؛ (ج) استناداً إلى الزركونيا الأبيض-2 -تعليق؛ (د) استناداً إلى الزركونيا الأسود-2 -تعليق؛ (ﻫ) استناداً إلى الزركونيا الأبيض-1الزركونيا الأسود-1 -تعليق؛ (و) استناداً إلى الزركونيا الأبيض-2-وبنية تشبه الإطار الزركونيا الأسود-2 -تعليق-وبنية شبيهة بخاتم (ز) .

Figure 5
الرقم 5: الصور فسيم. فيسيم-صور مقطع عرضي في التفاعل بين متكلس الزركونيا أبيض-1 (أعلى) و الزركونيا الأسود-1 (أسفل)؛ (ب) واجهة متشابكة وواجهة مستو (A)

Figure 6
الشكل 6: نتائج القياسات EDX في متكلس زركونيا أبيض-1 / الزركونيا الأسود-1 -واجهة. (أ) نظرة عامة حول حقول القياس 1 + 2 (د) 3-5؛ ونتائج الحقل (ب) قياس 1، حقل (ج) 2، الحقل (ه) 3، والميدان (و) 4 (ز) الحقل 5.

Figure 7
الشكل 7: تغيير كتلة الزركونيا الأبيض-1- و الزركونيا الأسود-1 -تعليق أثناء التحلل الحراري الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Table 1
الجدول 1: اللزوجة الدينامية من لدن المعلقات استناداً إلى الزركونيا مساحيق الزركونيا أبيض-1 و أسود زركونيا-1- اضغط هنا لتحميل هذا الملف.

Table 2
الجدول 2: اللزوجة الدينامية من لدن المعلقات استناداً إلى الزركونيا مساحيق الزركونيا أبيض-2 و الأسود زركونيا-2- اضغط هنا لتحميل هذا الملف.

Table 3
الجدول 3: اللزوجة الدينامية لجميع المعلقات الأربعة أثناء أخذ القياس الطويلة الأجل بمعدل ثابت قص 10/س. اضغط هنا لتحميل هذا الملف.

Discussion

ضروري وصف سلوك انسيابية تعليق المنصهر في معدلات القص عالية تصل إلى 5000/s منذ تقييم الظروف داخل الجزئي المستخدمة الاستغناء عن نظم (هندسة الدائرة المكبس وفوهة سرعة المكبس) وكشف عن أن معدلات القص من 5000/s وأعلى يتم إنشاؤها في الدقيقة الاستغناء عن النظام أثناء عملية الترسيب25.

ينبغي أن يتم التحقيق في المعلمات الطباعة للمعونة مع معايرة موزع لتصنيع مكونات مادية متعددة. ونوقش تأثير المعلمات موزع على خصائص المواد في25. وكانت حدود قيمة المعلمة فقط أكبر تجريبيا. وتبين التجربة حتى الآن أن الفرق في الحبرية سلسلة الارتفاع والعرض ينبغي أن لا تتجاوز 3%. الخلافات قطرها يصل إلى 100 ميكرون ويمكن تعويض فروق ارتفاع يصل إلى 50 ميكرون معلمات عرض النبض وعامل الانصهار الحبرية (قوات الأمر الواقع) وعرض البثق (تشريح المعلمة).

من الأهمية بمكان لعملية الطباعة أن يتم ضبط مرتفعات طبقة من مواد مختلفة لبعضها البعض عن طريق تغيير المسافة بين قطرات واحدة، نظراً لأنه سيؤدي تفاوت داخل طبقة إذا القيام بمرتفعات مواد مختلفة عدم تطابق. تعرج يؤدي إلى عيوب كبيرة ومكونات الخاطئ. بتقليل المسافة بين قطرات اثنين والتداخل أكبر المرتبطة بها، يزيد العرض والارتفاع في سلسلة الحبرية نظراً لحجم قطرات واحدة ثابتة تقريبا. ويمكن ملاحظة أن يزيد عرض سلسلة الحبرية أسرع من ارتفاع سلسلة الحبرية. ليس من الضروري والممكن ربما لا يدركون تماما على شكل نصفي الكرة الأرضية كقطرات واحدة، ولكن لديك للتأكد من تحديد تركيب الاستغناء عن المعلمات أن تجانس تشكيل الحبرية مرتفع جداً لضمان متجانسة بناء المكونات.

القياس على 85 درجة مئوية يحاكي سلوك انسيابية من المعلقات في خرطوشة تغذية نظام الاستغناء عن الصغير. فوق 90 درجة مئوية، يبدأ تحلل المكونات الموثق (الشكل 7). تعليق جميع إظهار سلوك مماثل تقريبا. وكانت درجة الحرارة فوهة المستخدمة للنظام الجزئي الاستغناء عن 100 درجة مئوية. درجة حرارة هذا يعزز تشكيل الحبرية سبب اللزوجة المنخفضة الناجمة عن زيادة درجة الحرارة معلقات أثناء مرورها على فوهة. بسبب الوقت الذي يسكن قصيرة لأن الإيقاف داخل الفوهة في درجة الحرارة هذه التحلل لا يؤثر على سلوك مادي إلى حد كبير.

يمكن متكلس مكونات متعددة الألوان تقريبا خالية من العيوب، ولكن لمساحيق الزركونيا أسود-2 والزركونيا أبيض-2 لون المرحلة البيضاء تحولت إلى اللون الوردي. السبب لتغيير اللون عمليات الانتشار بين مواد مختلفة خلال تلبد. هذا هو فقط تأثير على السطح، ويمكن إزالته بخطوة طحن. ولكن هذا صعبة للغاية للهياكل المعقدة التي قدمتها التكنولوجيات صباحا.

ضمن مكونات متعددة الألوان المتقدمة واجهات الحدود مستو ومتشابكة بين تركيبات مختلفة اثنين. وهكذا، بغض النظر عن ترسب المواد قطره زمنياً، ترتيب المجهرية المختلفة يمكن أن تتحقق بدقة. وعلاوة على ذلك، يمكن استغلال الشكل الحبرية زيادة التفاعل الحدود بين اثنين من المواد. وحتى الآن أنتجت التحولات المادية المنفصلة فقط. البحث في المستقبل قد ينطوي أيضا على إنتاج تغييرات تدريجية بين المواد.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

هذا المشروع قد تلقي تمويلاً من أفق 2020 البحث في الاتحاد الأوروبي وبرنامج الابتكار ضمن اتفاق المنحة رقم 678503.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kieback, B., Neubrand, A., Riedel, H. Processing techniques for functionally graded materials. Materials Science and Engineering - A. 362, (1-2), 81-106 (2003).
  2. Mortensen, A., Suresh, S. Functionally graded metals and metal-ceramic composites: Part 1 Processing. International Materials Reviews. 40, (6), 239-265 (1995).
  3. Moya, J. S., Sánchez-Herencia, A. J., Requena, J., Moreno, R. Functionally gradient ceramics by sequential slip casting. Materials Letters. 14, (5), 333-335 (1992).
  4. Moya, J. S., Sánchez-Herencia, J. A., Bartolomé, J. F., Tanimoto, T. Elastic modulus in rigid Al2O3/ZrO2 ceramic laminates. Scripta Materialia. 37, (7), 1095-1103 (1997).
  5. Zschippang, E., Mannschatz, A., Klemm, H., Moritz, T., Martin, H. -P. Charakterisierung und Verarbeitung von Si3N4-SiC-MoSi2-Kompositen für Heizleiteranwendungen. Keramische Zeitschrift. 65, (5), 294-297 (2013).
  6. Scheithauer, U., Haderk, K., Richter, H. -J., Petasch, U., Michaelis, A. Influence of the kind and amount of pore forming agents on the thermal shock behaviour of carbon-free refractory components produced by multilayer technology. refractories WORLDFORUM. 4, (1), 130-136 (2011).
  7. Scheithauer, U., Schwarzer, E., Slawik, T., Richter, H. -J., Moritz, T., Michaelis, A. Functionally Graded Materials Made by Water-Based Multilayer Technology. Refractories Worldforum. 8, (2), 95-101 (2016).
  8. Mannschatz, A., Härtel, A., Müller-Köhn, A., Moritz, T., Michaelis, A., Wilde, M. Manufacturing of Two-colored Co-sintered Zirconia Components by Inmold-labelling and 2C-Injection Molding, cfi/Ber. DKG. 91, (8), (2014).
  9. Moritz, T., Scheithauer, U., Mannschatz, A., Ahlhelm, M., Abel, J., Schwarzer, E., Pohl, M., Müller-Köhn, A. Material- and process hybridization for multifunctional ceramic and glass components. Ceramic Applications. 5, (2), 66-71 (2017).
  10. Homa, J. Rapid Prototyping of high-performance ceramics opens new opportunities for the CIM industry. Powder Injection Moulding International. 6, (3), 65-68 (2012).
  11. Chartier, T., Badev, A. Rapid Prototyping of Ceramics. Handbook of Advanced Ceramics Elsevier. Oxford, UK. (2013).
  12. Travitzky, N., et al. Additive Manufacturing of ceramic-based materials. Advanced Engineering Materials. 16, 729-754 (2014).
  13. Zocca, A., Colombo, P., Gomes, C. M., Günster, J. Additive Manufacturing of Ceramics: Issues, Potentialities, and Opportunities. Journal of the American Ceramic Society. 98, (7), 1983-2001 (2015).
  14. Scheithauer, U., Schwarzer, E., Richter, H. J., Moritz, T. Thermoplastic 3D Printing - An Additive Manufacturing Method for Producing Dense Ceramics. JACT. 12, (1), 26-31 (2014).
  15. Scheithauer, U., Bergner, A., Schwarzer, E., Richter, H. -J., Moritz, T. Studies on thermoplastic 3D printing of steel-zirconia composites. J Mat Res. 29, (17), 1931-1940 (1931).
  16. Scheithauer, U., Slawik, T., Schwarzer, E., Richter, H. -J., Moritz, T., Michaelis, A. Additive Manufacturing of Metal-Ceramic-Composites by Thermoplastic 3D-Printing. J. Ceram. Sci. Tech. 06, (02), 125-132 (2015).
  17. Scheithauer, U., Schwarzer, E., Haertel, A., Richter, H. J., Moritz, T., Michaelis, A. Processing of thermoplastic suspensions for Additive Manufacturing of Ceramic- and Metal-Ceramic-Composites by Thermoplastic 3D-Printing (T3DP), 11th International Conference on Ceramic Materials and Components for Energy and Environmental Applications. Ceramic Transactions. 256, (2016).
  18. Scheithauer, U., Weingarten, S., Johne, R., Schwarzer, E., Abel, J., Richter, H., Moritz, T., Michaelis, A. Ceramic-Based 4D-Components: Additive Manufacturing (AM) of Ceramic-Based Functionally Graded Materials (FGM) by Thermoplastic 3D-Printing (T3DP). Preprints. 2017100057 (2017).
  19. Lee, H. C., Potapova, Y., Lee, D. A core-shell structured, metal-ceramic composite supported Ru catalyst for methane steam reforming. J of Power Sources. 216, 256-260 (2012).
  20. Molin, S., Tolczyk, M., Gazda, M., Jasinski, P. Stainless steel/yttria stabilized zirconia composite supported solid oxide fuel cell. J. Fuel Cell Sci. Technol. 8, 1-5 (2011).
  21. Roberts, H. W., Berzins, D. W., Moore, B. K., Charlton, D. G. Metal-Ceramic Alloys in Dentistry: A Review. Journal of Prosthodontics. 18, (2), 188-194 (2009).
  22. Largiller, G., Bouvard, D., Carry, C. P., Gabriel, A., Müller, J., Staab, C. Deformation and cracking during sintering of bimaterial components processed from ceramic and metal powder mixes. Part I: Experimental investigation. Mechanics of Materials. 53, 123-131 (2012).
  23. Meulenberg, W. A., Mertens, J., Bram, M., Buchkremer, H. -P., Stöver, D. Graded porous TiO2 membranes for micro-filtration. Journal European Ceramic Society. 26, 449-454 (2006).
  24. Baumann, A., Moritz, T., Lenk, R. Multi component powder injection moulding of metal-ceramic-composites. Proceedings of the Euro International Powder Metallurgy Congress and Exhibition. (2009).
  25. Scheithauer, U., Johne, R., Weingarten, S., Schwarzer, E., Abel, J., Richter, H., Moritz, T., Michaelis, A. Investigation of Droplet Deposition for Suspensions Usable for Thermoplastic 3D Printing (T3DP). Journal of Materials Engineering and Performance. (2017).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics