Çoklu malzeme Seramik tabanlı bileşenler-katkı siyah-beyaz zirkon bileşenleri termoplastik 3D baskı tarafından (CerAM - T3DP) üretim

Engineering
 

Summary

Burada additively siyah-beyaz zirkon bileşenleri üretim termoplastik 3D baskı tarafından (CerAM - T3DP) ve kusur-Alerjik Co sinterleme için bir protokol açıklayın.

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

Seramik tabanlı 4 D bileşenlerine (üç boyutlu geometri ve özgürlük her pozisyonda malzeme özellikleri ile ilgili bir derece için), işlevsel olarak kademeli malzemeleri (FGM) faydaları yararları katkı imalat (AM), birleştirmek için Termoplastik 3D-baskı (CerAM - T3DP) geliştirilmiştir. Bu çoklu malzeme bileşenleri AM veren bir doğrudan AM teknolojisidir. Bu teknoloji siyah-beyaz zirkon bileşenleri avantajları göstermek için additively imal ve kusur-Alerjik Co Sinterlenmiş.

Siyah ve beyaz zirkon tozlar iki farklı çift farklı termoplastik süspansiyonlar hazırlamak için kullanıldı. Uygun dağıtım parametreleri tek-malzeme test bileşenleri üretmek için incelenmiş ve çok renkli zirkon bileşenleri katkı üretim için ayarlanabilir.

Introduction

İşlevsel olarak kademeli malzemeleri (FGM) geçişler mikroyapıda veya malzeme1ile ilgili özellikleri çeşitli maddeler olduğunu. Bu geçişler kesikli veya sürekli olabilir. Farklı türde FGM gibi bileşenleri malzeme degrade, kademeli porozite gibi çok renkli bileşenleri ile bilinir.

FGM-bileşenleri için tek geleneksel şekillendirme teknolojileri2,3,4,5,6,7 tarafından veya bu teknolojileri kombinasyonu tarafından üretilebilir Örneğin, bant döküm ve8,9enjeksiyon birleşimi olarak kalıp içi etiketleme tarafından.

Katkı imalat (AM) komponentleri üretim için bir defa daha önce görülmemiş tasarım ile hareket halindeyken. Bu sanat teknoloji polimerler ve metaller için şekillendirme devlet olarak kabul edilir. İlk ticari işlemler seramik işlenmesi için kullanılabilir10, ve neredeyse tüm bilinen AM teknolojileri AM tüm dünya11,12,13laboratuarlarında seramik için kullanılır.

AM ile yararları birleştirmek için FGM faydaları seramik tabanlı 4D bileşenlerine (üç boyutlu geometri ve özgürlük her pozisyonda malzeme özellikleri ile ilgili bir derece için) termoplastik 3D-baskı (CerAM - T3DP) adlı geliştirilmiştir Fraunhofer IKTS Dresden, Almanya, doğrudan AM teknoloji olarak. Bu çoklu malzeme bileşenleri14,15,16,17AM sağlar. CerAM - T3DP tek parçacık dolu termoplastik süspansiyonlar damlacıkları seçici birikimi dayanmaktadır. Birden fazla dozaj sistemleri kullanarak, farklı termoplastik süspansiyonlar birbirine katman katman toplu üretmek için yatırılır additively imal edilmiş yeşil bileşenleri18içindeki Özellik degradelerin yanı sıra malzeme. Daha önce hangi yatırılan malzemeleri kuvvetlendirmek seçerek tüm katmanı CerAM - dolaylı AM süreçleri aksine T3DP işlemi sonraki malzeme birikimi önce herhangi bir sigara katılaşmış malzeme kaldırma ek çaba gerektirmez, Çoklu malzeme bileşenleri AM için daha uygun hale.

Her ne kadar CerAM - işlem sağlar FGM AM ve seramik tabanlı bileşenler benzeri görülmemiş özellikleriyle gerçekleşme T3DP kullanan ile ilgili gerekli termal tedavi AM işleminden sonra elde etmek için üstesinden gelmek için sorunlar vardır bir Çoklu malzeme kompozit. Özellikle, kompozit malzeme eşleştirilmiş tozlar Co başarıyla Sinterlenmiş bileşenlerinin sinterleme aynı sıcaklık ve atmosferdeki gerçekleştirilmek üzere sahip olduğu gerek. Bu nedenle, bir karşılaştırılabilir sinterleme sıcaklığı ve davranış (sinterleme, büzülme davranış sıcaklığı başlayan) tüm malzemeler için bir önkoşuldur. Soğutma sırasında kritik mekanik stres önlemek amacıyla, tüm malzemelerin termal genleşme katsayısı yaklaşık eşit11olmalı.

Malzemeleri bir bileşendeki farklı özellikleri ile kombinasyonu manifold uygulamaları için benzersiz özelliklere sahip bileşenleri için kapıyı açar. Örn paslanmaz çelik-Zirkonya kompozit kesme aletleri, aşınmaya dayanıklı bileşenleri, enerji ve yakıt hücresi bileşenleri veya bipolar Cerrahi Araçlar19,20,21,22olarak kullanılabilir, 23,24. Böyle bileşenleri CerAM - T3DP14,15,16,17, çok, bir özel frezeleme işlemi16tarafından sinterleme davranışı ayarlama sonra həyata.

Seramik tabanlı FGM gibi yoğun ve gözenekli zirkon kademeli bir gözeneklilik ile bir yüksek etkin yüzeyle gözenekli bölgelerinden yoğun alanlarda çok iyi mekanik özellikleri birleştirmek. Gibi bileşenleri gibi additively CerAM - T3DP18imal edilebilir.

Bu yazıda, zirkon bileşenleri CerAM - T3DP tarafından bir bileşendeki iki farklı renk ile AM araştırıyoruz. Bu arada bir seramik bileşendeki takı uygulamaları için ilginç olduğu için siyah ve beyaz zirkon seçtik. Bireyselleştirilmiş lüks mallar çok yüksek ve hala büyüyen taleptir. AM seramik tabanlı çoklu malzeme bileşenlerin yüksek çözünürlüklü ve çok iyi yüzey özellikleri sağlayan teknolojileri bu talebi karşılamak için izin verir. Seramik zirkon gibi örneğin bileşenleri izlemek durumlarda ve çerçeveler gibi veya özel haptik nedeniyle yüzük için bakışta üretmek izle, sertlik ve metaller için karşılaştırıldığında daha düşük ağırlık için kullanılır.

Protocol

1. termoplastik süspansiyon CerAM - T3DP için

  1. Tozlar yelpazesi
    1. Siyah zirkon tozlar zirkon siyah - 1 siyah termoplastik süspansiyonlar hazırlanması için kullanın ve zirkon siyah - 2.
    2. Beyaz termoplastik süspansiyonlar hazırlanması için zirkon beyaz - 1 ve zirkon beyaz - 2kullanın.
      Not: Zirkon siyah - 2 üreticisine pigmentler (4.2 wt.-%) zirkon boyama için kullanır ve aynı zamanda her iki tozlar aynı sinterleme davranışına sahip devletler. Ayrıca, beyaz renk alumina (20.43 wt.-%) yüksek oranda katkıda zirkon beyaz - 2. Tozlar zirkon siyah - 1 ve zirkon beyaz - 1 farklı bir kompozisyon ve böylece farklı sinterleme sıcaklığı için tam yoğunlaştırılması gerekir. Zirkon beyaz - 1aksine, zirkon siyah - 1 en az 5 wt.-% pigment oluşur. Önerilen sinterleme sıcaklıklar 1400 ° C zirkon siyah - 1 ve 1350 ° C zirkon beyaz - 1için vardır.
  2. Tozlar şekli, yüzey alanı ve partikül büyüklüğü dağılımı karakterize.
    Not: Tarama elektron mikroskopi görüntüleri parçacıklar şeklinde karakterize etmek için kullanılmaktadır. Kullanılan toz partikül boyutu dağılımı bir lazer kırınım yöntemi (lazer diffractometer) tarafından ölçüldü. Kullanılan tozlar belirli yüzey özelliklerini ölçülerini üretimi tarafından sağlanmıştır.
  3. Farklı zirkon süspansiyonlar hazırlanması için karışımı parafin ve partikül sökücü 100 ° C sıcaklıkta balmumu eritmek ve polimer karışımı lunaparkçı.
    1. Sonra toz 40 vol.% toz içeriğine ulaşmak için birkaç adımda ekleyin.
    2. Toz polimer karışımı karıştırma için 100 ° C'de 2 h tarafından homojenize Tüm süspansiyonlar aynı toz içeriği (40 vol.%) olduğundan emin olun.
  4. Süspansiyonlar karakterizasyonu
    1. Kesme oranları farklı sıcaklıklarda 85 ° C ve 110 ° c arasında bir aralıktaki için 0-5000/s arasında bir Aralık için bir rheometer kullanarak erimiş süspansiyon rheological davranışını karakterize
      Not: Biz bir rheometer bir plaka/plaka ölçüm sistemi (25 mm çapında) ile 200 ° C-25 ° C arasında ayarlanabilir kullanılır. Tork ölçüldü ve dinamik viskozite hesaplanmıştır.
    2. Dinamik Viskozite kesme hızı fonksiyonu olarak arsa ve dinamik viskozite kesme hızı 10/s için 100 Pa·s aşağıda, aşağıda bir kesme oranı 100/s 20 Pa·s ve 1 Pa·s 5.000/s veya artış bir kesme hızı için aşağıda olduğundan emin olun sıcaklık izin verilen Aralık içinde.
    3. Dinamik Viskozite için 110 ° c bile bir sıcaklık çok yüksek ise polimer karışımı ekleyerek süspansiyon kompozisyonunu değiştirmek

2. tek ve çoklu malzeme bileşenleri tarafından CerAM - T3DP imalatı

  1. Kullanılan aygıt
    Şekil 1 bir kullanılan CerAM - T3DP-aygıt ile bir profil inceden inceye gözden geçirmek ve hangi-ebilmek iş aynı anda ya da dönüşümlü olarak üç farklı mikro dağıtım sistemleri, CAD çiziminin gösterir. İki tane siyah-beyaz bileşenleri üretmek için kullanın.
    1. Bir frekansa kadar 100/s ve maksimum hızı 20 mm/s taşımak için eksen damlacıkları birikimi ayarlayın.
  2. Biriktirme parametreleri incelenmesi
    Biriktirme parametreleri (çalışma hızları mikro dağıtım sistemi; sıcaklık süspansiyon rezervuar ve meme; hız eksen) etkisi ortaya çıkan damlacıklar (şekil; birim; homojenliği) veya damlacık özelliklerini araştırmak zincirleri (şekil; birim; homojenliği).
    1. İfade parametre değişebilir ve tek damlacıkları yanı sıra damlacık zincirleri ifade için değişik frekanslar ve eksen hızları kullanarak mevduat.
      Not: Daha önce25dispanser parametreleri malzemelerin özellikleri üzerinde etkisi tartışıldı. Parametre değeri sınırları yalnızca ampirik olarak tespit edilmiştir.
    2. Damlacık varyans yükseklik ve genişlik zinciri % 3 aşmaması gerekir emin olun. Parametreleri darbe genişliği, damlacık füzyon faktörü (DFF) değişir ve ekstrüzyon genişliği (dilimleme parametre) çapı telafi etmek için ilâ 100 mikron farklılıklar ve Yükseklik 50 mikron farklılıklar.
      Not: Gerekli ve muhtemelen değil tek damlacıkları olarak mükemmel şekilli hemisferlerin gerçekleştirmek mümkün değil, ama damlacık oluşumu polimerlerin bileşenleri homojen bir yapı sağlamak için çok yüksek olduğunu emin olmak gerekir.
    3. Damlacık çapı, genişlik ve yükseklik açısından en homojen damlacık şekil sağlayan bir parametre kümesi bulmak için farklı başlangıç parametreleri ile bu işlemi tekrarlayın.
  3. Tek-malzeme test bileşenlerini imalatı
    1. Oluşturulan bir 3D modeli istediğiniz bölümü kullanın ve STL veya AMF dosya biçimi olarak kaydedin.
    2. Dilimleme bir program (örneğin dilimleyici 1 veya dilimleyici 2) karşılık gelen G-kodu oluşturmak için kullanın. 2.2. adımda elde damlacık şeklin özelliklerini ayarlayın.
    3. G-code upload ve CerAM - T3DP-aygıt için işlem parametreleri doldurun. CerAM - T3DP-aygıt için karşılık gelen adım 2.2 için dilimleyici için sağlanan damlacık şekli elde parametreleri ayarlayın. Yapı işlemi başlatmak için aygıt yazılımını başlatın.
      Not: İstediğiniz bölümü oluşturma veya yeni süspansiyonlar kullanarak önce belirli test örnekleri üretimi faydalıdır.
  4. CerAM - T3DP çoklu malzeme bileşenleri
    1. Her malzeme için adım 2.2 yürütmek.
    2. Yaklaşık aynı damlacık özelliklere sahip her iki malzeme için dağıtım parametreleri seçin.
    3. Katman heights tek damlacıkları ve büyük hataları ve hata parça neden olabilir farklı malzemeler için yükseklikleri farklılıkları önlemek için elde edilen örtüşme arasındaki uzaklığı değiştirerek ayarlayın.
      Not: iki damlacıkları ile ilişkili daha fazla çakışma arasındaki uzaklık azaltarak, genişlik ve yükseklik damlacık zincirinin artırır tek damlacıkları hemen hemen sürekli hacmi nedeniyle. Damlacık zinciri genişliği damlacık zincir yüksekliği daha hızlı artırır görülebilmektedir.
    4. AMF dosyaları olarak kaydedin ve istediğiniz bölümünün oluşturulan bir 3D modeli kullanın. Dilimleyici tarafından destekleniyorsa birden çok bileşen alanı da STL dosya biçiminde kaydedilir.
    5. Çoklu malzeme bileşenleri yazdırmak için karşılık gelen bileşeni alanları her malzeme için karşılık gelen mikro dağıtım sistemi ayırarak Dilimleme yazılım ilişkili malzeme atayın.
    6. G-kodları her malzeme için dilimleyici yazılım kullanarak oluşturun.
    7. G-code upload ve CerAM - T3DP-aygıt için işlem parametreleri doldurun. CerAM - T3DP-aygıt için karşılık gelen adım 2.2 için dilimleyici için sağlanan damlacık şekli elde parametreleri ayarlayın. Yapı işlemi başlatmak için aygıt yazılımını başlatın.

3. Co-Debinding ve tek - ve Multi - Material, bileşenleri ortak sinterleme

  1. Yeşil örnekleri aşağıdaki ayrı adımda debind.
    1. Örnekleri kilitten alümina toz (toz yatakta) yapısal destek örnekleri de bir homojen ısı dağılımı sağlamak için ve cilt materyallerin kaldırılmasını kapiller kuvvetleri tarafından teşvik etmek için gevşek bir toplu olarak önceliğimiz.
    2. Bir fırın (fırın debinding) bir çok düşük Isıtma hızı ile hava-atmosfer altında debinding gerçekleştirmek ilâ 270 ° C. Isıtma hızı 4 K/h için bir kusur-Alerjik debinding emin olmak için ayarlayın.
  2. Bu ilk debinding adımdan sonra yatak takımları toz Örneğin ince fırça ile dikkatli bir şekilde çıkarın. Örnekleri alümina fırın mobilya üzerine yerleştirin.
  3. Hava-atmosfer altında ikinci bir debinding adım geçerli ilâ 900 ° C (12 K/s) aynı fırın.
    Not: içinde aynı adımda bir zirkon parçacıkların önceden sinterleme sinterleme fırını örnekleri ve sonraki aktarımı etkinleştirmek için başlatılan iken tüm kalan organik Ciltçi malzemeler termal, çıkarıldı.
  4. Son olarak hava-atmosfer 1350 ° c (180 K/s) altında örnekleri için uygun fırın (sinterleme fırını) 2 h sinter. Uzunluk ölçüm üç boyutlu tarafından bileşenleri büzülme karakterize ve her yön için yaklaşık % 20 olduğundan emin olun.

4. tek ve çoklu Material bileşenlerin karakterizasyonu

  1. Örnekleri düzgün kesme ve ceramographic yöntemleri kullanılarak yüzeye Lehçe.
  2. Araştırmalar mikroyapı üzerinde alan emisyon taramalı elektron mikroskobu (FESEM) kullanarak uygulayın.
  3. İki aşamalı ve kullanılan malzemeler sınır arabiriminin porozite bakarak kontrol edin. Daha ayrıntılı bir sonuç elde etmek için örneğin tarafından FESEM ve sonraki resim analiz porozite Sinterlenmiş mikroyapı içinde incelemek için bir arabirim analizi gerçekleştirin.
    Hedeflenen porozite %1 altında olduğunu. Gözeneklilik çok yüksek ise, yükselen ifade parametre (2.2) ve/veya ısıl işlem (3) rejimi değişir.

Representative Results

Ölçülen komponentleri üretim için sadece tozlar aynı üreticinin çoklu malzeme her bileşen için kombine edilmiştir. Bir bileşendeki farklı üretmektedir tozlar ile deneyler devam etmektedir. Bu amaçla, dikkate alınması gereken farklı küçültme oranları var.

Zirkon beyaz - 1 dağılım sonra ortalama parçacık çapı (d50) ölçüm sonucu 0.37 µm olmuştur. Üretici 0,04 µm (bir büyüklük daha az) bir gerçek parçacık boyutunu belirtir. Ortalama partikül boyutu (d50) zirkon siyah - 1 0.5 µm. Şekil 2 (A) zirkon beyaz - 1 ve Şekil 2 (B) FESEM görüntü bir granulate ve yüzey FESEM Analizi. ayrıntılı olarak göstermesidir Resim 2 (C) ve Şekil 2 (D) zirkon siyah - 1için aynı göstermek. Her iki tedavi edilmezse tozları kuru acil hammadde için tipik olan küresel büyük granül (çapı kadar 100 µm) oluşur. Zirkon beyaz - 1 (Şekil 2 (B)) birincil parçacıkların ve zirkon siyah - 1 (Şekil 2 (D)) neredeyse aldı 0.04 µ gerçek partikül büyüklüğü ile granulate yüzeyler FESEM görüntülerini göster m.

Resim 2 (E) 2 (H) zirkon beyaz - 2 ve zirkon siyah - 2FESEM görüntüleri göster. Zirkon tozlar zirkon beyaz - 2 ve zirkon siyah - 2 ölçülen ortalama partikül boyutu (d50) 0,27 µm ve 0.25 µm, sırasıyla gelir, neyin parçacıklardır çapı kadar 100 µm (Şekil 2 küresel granül olarak mevcut (G) (E) ve Şekil 2 ). Beyaz tozlar birincil parçacıklar 0,1 µm (Şekil 2 (F)) boyutudur. Siyah tozlar birincil çapı (Şekil 2 (H)) ilâ 0,5 µm parçacıklardır.

Şekil 3 (A) zirkon beyaz - 1 ve zirkon siyah - 1 kesme hızı ve sıcaklık (85 ° C ve 100 ° C) bağımlılığı bir fonksiyonu olarak göre süspansiyonlar dinamik viskozite gösterir. Her iki süspansiyonlar sıcaklığı ne olursa olsun davranışını inceltme bükme göster.

Tablo 1 süspansiyonlar farklı kesme hızlarında ve farklı sıcaklıklarda için ölçülen viskozite özetler.

Şekil 3 (B) zirkon beyaz - 2 ve zirkon siyah - 2 (85 ° C ve 100 ° C) göre süspansiyonlar rheological davranışını gösterir. Tüm grafikler davranış inceltme bükme göster. Tablo 2 farklı kesme hızlarında ve farklı sıcaklıklarda için süspansiyonlar ölçülen viskozite özetler.

Kesme hızı kontrol ölçümleri yanı sıra uzun vadeli ölçümleri yapılmıştır. Şekil 3 (C) 10/s 2 h üzerinden sabit kesme hızında tüm dört süspansiyonlar için uzun vadeli ölçümler sırasında dinamik viskozite elbette gösterir. Beyaz zirkon süspansiyonlar (zirkon beyaz - 1 ve zirkon beyaz - 2) dinamik viskozite hemen hemen sürekli ise (Tablo 3), dinamik viskozite biraz siyah zirkon (zirkon siyah - 1 azaltmak eğilimindedir ve zirkon siyah - 2)

Sonra dozaj parametrelerinin belirlenmesi ampirik tek bileşen, üretim üç boyutlu yapıları her süspansiyon için yönetilebilir oldu. Şekil 4 (A) gösterir bir karmaşık Sinterlenmiş test yapısı yapılmış süspansiyon zirkon beyaz - 1 ve additively-CerAM - T3DP tarafından imal edilmiş. Aynı test additively CerAM - T3DP ve zirkon siyah - 1tarafından üretilen yapı-süspansiyon Şekil 4 ' te (B)gösterilir.

Şekil 4 (C) zirkon beyaz - 2, Şekil 4 Sinterlenmiş test yapısı üzerinde zirkon siyah - 2alan (D) zirkon süspansiyonlar dayalı bir Sinterlenmiş test yapısını gösterir. Tek renkli bileşenleri üretim sonraki çok renkli bileşenleri üretimini gerçekleşti. Şekil 4 (D) 4 (F) göstermek bazı çok renkli zirkon bileşenleri katkı imalat CerAM - T3DP kullanarak Sinterlenmiş.

Şekil 5 (A) ve (B) Şekil 5 FESEM-zirkon tozlar zirkon beyaz - 1 (üst) ve göre iki süspansiyonlar arasında açıkça ayırt bir arayüz ile çok renkli bileşenlerinin mikroyapı görüntülerini göster zirkon siyah - 1 (altta).

Enerji dağıtıcı x-ışını spektroskopik Analizi (EDX) Sinterlenmiş zirkon siyah - 1 mikroyapı içinde (Şekil 6 (A-C)) daha fazla alümina kabuk oluştuğunu gösterdi. Kompozisyonu değerlendirmek için ve zirkon siyah - 1-daha fazla ayrıntı daha fazla EDX araştırmalarda karanlık bölgelerde özellikle mikroyapı gerçekleşti alumina (Şekil 6 (E) yağış gösterdi (Şekil 6 (D-G)) ).

Figure 1
Şekil 1: kullanılan CerAM - CAD çizimi T3DP-aygıt üç mikro dağıtım birimi ve bir yüzey inceden inceye gözden geçirmek ile. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Resim 2: FESEM-kullanılan zirkon görüntüsünü baglerinde. (A) zirkon beyaz - 1 baglerinde - genel bakış ve (B) yüzey; (C) zirkon siyah - 1 baglerinde - genel bakış ve (D) yüzey; (E) zirkon beyaz - 2 baglerinde - genel bakış ve (F) yüzey; (G) zirkon siyah - 2 baglerinde - genel bakış ve (H) yüzey.

Figure 3
Şekil 3: termoplastik süspansiyonlar Rheological davranışını. (A) zirkon tozlar zirkon beyaz - 1 ve zirkon siyah - 1; (B) zirkon tozlar zirkon beyaz - 2 ve zirkon siyah - 2göre; Bir sabit, uzun vadeli bir ölçüm sırasında tüm dört süspansiyonlar karşılaştırılması (C) kesme hızı 10/s.

Figure 4
Şekil 4: Sinterlenmiş tek - ve multi - material additively T3DP tarafından üretilen yapıları testi. (A) zirkon beyaz - 1 üzerinde dayalı-süspansiyon; (B) göre üzerinde zirkon siyah - 1 -süspansiyon; (C) tabanlı üzerinde zirkon beyaz - 2 -süspansiyon; (D) tabanlı üzerinde zirkon siyah - 2 -süspansiyon; (E) tabanlı zirkon beyaz - 1 - ve zirkon siyah - 1 -süspansiyon; (F) zirkon beyaz - 2- ve zirkon siyah - 2 - süspansiyon - çerçeve benzeri yapı ve (G) yüzük benzeri yapıda temel.

Figure 5
Şekil 5: FESEM-images. FESEM-resim kesit arabirim arasında Sinterlenmiş zirkon beyaz - 1 (üst) ve zirkon siyah - 1 (alt); Düzlemsel arabirimi (A) ve (B) iç içe arabirimi

Figure 6
Şekil 6: Sonuçları bir EDX ölçülerde Sinterlenmiş zirkon beyaz - 1 / zirkon siyah - 1 -arabirimi. (A) genel bakış hakkında ölçüm alanları 1 + 2 ve (D) 3-5; ölçüm (B) alan 1, (C) alan 2, (E) alan 3, (F) alan 4 sonuçları ve (G) 5 alan.

Figure 7
Şekil 7: kitle değişikliği zirkon beyaz - 1 - ve zirkon siyah - 1 -süspansiyonlar termal ayrışma sırasında Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Table 1
Tablo 1: termoplastik süspansiyonlar dinamik viskozite dayalı zirkon tozlar zirkon beyaz - 1 ve zirkon siyah - 1. Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız.

Table 2
Tablo 2: termoplastik süspansiyonlar dinamik viskozite dayalı zirkon tozlar zirkon beyaz - 2 ve zirkon siyah - 2. Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız.

Table 3
Tablo 3: tüm dört süspansiyonlar 10/s. sabit kesme hızında uzun vadeli ölçüm sırasında dinamik viskozite Bu dosyayı indirmek için buraya tıklayınız.

Discussion

5000/s'ye yüksek kesme hızlarında erimiş süspansiyon rheological davranışını karakterizasyonu beri kullanılan mikro sistemleri (piston ve meme odası geometrisini, piston hızı) dağıtımı içinde koşullar değerlendirilmesi gereklidir kesme oranları 5000/s ve üzeri sistem dağıtımı sırasında biriktirme işlemi25mikro oluşturulur ortaya koydu.

Yazdırma parametrelerini incelenmesi çoklu malzeme bileşenleri imalatı için dağıtıcı kalibrasyonu ile yardım için yapılmalıdır. Dağıtıcı parametreleri etkisi malzemelerin özellikleri25içinde ele alınmıştır. Parametre değeri sınırları sadece ampirik olarak determent olmuştur. Deneyim defa damlacık zinciri yükseklik ve genişlik varyans % 3 aşmaması gerektiğini gösterir. İlâ 100 mikron çapında farklılıkları ve yükseklik farkları 50 mikron kadar parametreleri darbe genişliği, damlacık füzyon faktörü (DFF) ve ekstrüzyon genişliği (parametre dilimleme) tarafından telafi edilebilir.

Farklı malzeme katman yükseklikleri farklı malzeme yükseklikleri yaparsan bir eşitsizlik bir katman içinde neden bu yana tek damlacıkları arasındaki uzaklığı değiştirerek birbirine ayarlanır yazdırma işlemi için önemlidir Not eşleşen. Bir eşitsizlik büyük kusurları ve hata parça yol açar. İki damlacıkları ile ilişkili daha fazla çakışma arasındaki uzaklık azaltarak, genişlik ve yükseklik damlacık zincirinin tek damlacıkları hemen hemen sürekli hacmi nedeniyle artırır. Damlacık zinciri genişliği damlacık zincir yüksekliği daha hızlı artırır görülebilmektedir. Gerekli ve muhtemelen değil tek damlacıkları olarak mükemmel şekilli hemisferlerin gerçekleştirmek mümkün değil, ama uygun parametreleri damlacık oluşumu polimerlerin homojen bir güvence altına almak için çok yüksek olduğunu dağıtımı belirlenerek emin olmak gerekir yapı bileşenleri.

85 ° c ölçüm mikro dağıtım sistemi besleme kartuşundaki süspansiyonlar rheological davranışını taklit eder. 90 ° C üzerinde bağlayıcı bileşenler ayrışma (Şekil 7) başlar. Tüm süspansiyonlar neredeyse benzer bir davranış gösterir. Mikro dağıtım sistemi kullanılan meme sıcaklığı 100 ° c olduğunu Bu sıcaklık nedeniyle meme geçen süre süspansiyonlar sıcaklık artırarak kaynaklanan düşük viskozite damlacık oluşumu teşvik etmektedir. Bu sıcaklıkta meme içinde süspansiyonlar kısa Işınma Zamanı nedeniyle decomposition malzeme davranış önemli ölçüde etkileyen değil.

Çok renkli bileşenleri neredeyse kusur içermeyen, ama beyaz faz rengini Pembe döndü zirkon siyah - 2 ve zirkon beyaz - 2 tozlar için sinterlenmiş. Renk değişimi nedenidir difüzyon süreçler sinterleme sırasında farklı malzemeler arasında. Bu sadece bir etkisi yüzeyi ve taşlama bir adım-ebilmek var olmak çıkarmak. Ama bu çok karmaşık yapıları AM teknolojileri tarafından yapılan için zordur.

Düzlemsel ve iç içe sınır arabirimleri iki farklı kompozisyonlar arasında geliştirilen çok renkli bileşenleri içinde. Böylece, malzeme damla bağlı birikimi ne olursa olsun, farklı microstructures düzenlenmesi çok hassas gerçekleştirilebilir. Ayrıca, damlacık şekil iki malzeme arasında sınır arabirim arttırmak için yararlanabilir. Yalnızca ayrık malzeme geçişler defa üretilmektedir. Gelecekteki araştırma da üretim malzemeleri arasında kademeli değişiklikleri içerebilir.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

Bu proje Avrupa Birliği'nin ufuk 2020 araştırma ve yenilik programı kapsamında hibe Sözleşmesi No 678503 fon aldı.

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