धातु-सिरेमिक घटकों के जुड़े रेशा निर्माण (FFF)

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Summary

इस अध्ययन से पता चलता है बहु सामग्री additive विनिर्माण () स्टेनलेस स्टील और zirconia के जुड़े रेशा निर्माण (FFF) का उपयोग कर ।

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Abel, J., Scheithauer, U., Janics, T., Hampel, S., Cano, S., Müller-Köhn, A., Günther, A., Kukla, C., Moritz, T. Fused Filament Fabrication (FFF) of Metal-Ceramic Components. J. Vis. Exp. (143), e57693, doi:10.3791/57693 (2019).

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Abstract

तकनीकी सिरेमिक व्यापक रूप से औद्योगिक और अनुसंधान अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है, के रूप में अच्छी तरह के रूप में उपभोक्ता वस्तुओं के लिए । आज विविध अनुकूलन विकल्प और अनुकूल उत्पादन विधियों के साथ जटिल geometries की मांग लगातार बढ़ रही है । जुड़े रेशा निर्माण (FFF) के साथ, यह उच्च सामग्री दक्षता के साथ जल्दी से बड़े और जटिल घटकों का उत्पादन करने के लिए संभव है. FFF में, एक सतत थर्माप्लास्टिक रेशा पिघला हुआ है एक गर्म नोक में और नीचे जमा । कंप्यूटर नियंत्रित प्रिंट सिर के लिए परत द्वारा वांछित आकार परत का निर्माण करने के लिए ले जाया जाता है । धातुओं या चीनी मिट्टी की छपाई के संबंध में जांच अनुसंधान और उद्योग में अधिक से अधिक बढ़ रहे हैं । इस अध्ययन के additive विनिर्माण पर केंद्रित है (AM) एक बहु सामग्री दृष्टिकोण के साथ एक धातु (स्टेनलेस स्टील) एक तकनीकी सिरेमिक (zirconia: ZrO2) के साथ गठबंधन करने के लिए । इन सामग्रियों के संयोजन उनके विभिंन विद्युत और यांत्रिक गुणों के कारण आवेदनों की एक व्यापक विविधता प्रदान करता है । कागज सामग्री और टाक, डिवाइस के विकास, और इन कंपोजिट की छपाई की तैयारी में मुख्य मुद्दों को दर्शाता है ।

Introduction

आईएसओ/एएसटीएम के अनुसार, additive विनिर्माण (AM) प्रौद्योगिकियों कि भौतिक1सामग्री के उत्तराधिकारी के अलावा एक ज्यामितीय प्रतिनिधित्व के आधार पर वस्तुओं बनाने के लिए सामांय शब्द है । इसलिए, इन प्रौद्योगिकियों अत्यंत जटिल ज्यामिति, जो किसी भी अंय आकार देने के लेखकों को ज्ञात तकनीक से प्राप्त नहीं किया जा सकता है के साथ विनिर्माण घटकों की संभावना प्रदान करते हैं ।

सिरेमिक सामग्री पिछले तिमाही सदी2,3में अलग हूं प्रौद्योगिकियों के प्रारंभिक विकास के बाद से अध्ययन किया गया है; हालांकि, चीनी मिट्टी के घटकों के additive विनिर्माण बहुलक या धातु घटकों के additive विनिर्माण के विपरीत कला का राज्य नहीं है । AM के बारे में कई दृश्य सिरेमिक घटकों के लिए इस्तेमाल किया प्रौद्योगिकियों Chartier एट अल द्वारा दिया जाता है । 4, Travitzky एट अल. 5 और Zocca एट अल. 6, जो सामग्री का उपयोग किया जाता है की स्थिति के अनुसार वर्गीकृत किया जा सकता है पाउडर सामग्री, तरल सामग्री, और ठोस सामग्री4,5 या सामग्री जमाव और solidification 6 की तरह के अनुसार . AM उपकरणों उपलब्ध है कि सबसे अनुप्रयोगों के लिए वांछित गुणों के साथ घने और उच्च गुणवत्ता सिरेमिक घटकों के additive विनिर्माण की अनुमति7,8,9,10 , 11.

चीनी मिट्टी के घटकों के उत्पादन जटिल प्रसंस्करण की आवश्यकता है, और यह चीनी मिट्टी की चीज़ें के AM में प्रगति ठप कर दिया है । फिर भी, सिरेमिक घटक विशेष उपभोक्ता वस्तुओं और चिकित्सा उपकरणों के लिए अपरिहार्य हैं, और कर रहा हूं "असंभव" geometries12के साथ उपंयास घटकों के निर्माण के लिए नए क्षितिज को खोलता है । तकनीकी सिरेमिक घटकों के लिए, निर्मित घटकों के बाद थर्मल उपचार के बाद से आवश्यक है के रूप में चीनी मिट्टी की चीज़ें कर रहा हूं पाउडर के उपयोग की आवश्यकता है कार्बनिक बांधने में निलंबित है कि (यानी, बाध्यकारी) से पहले हटा दिया जाना चाहिए पाउडर एक साथ जुड़े हुए है (यानी, sintering) ।

बहु के am सामग्री या बहु-कार्यात्मक घटकों के लाभ को जोड़ती है am और कार्यात्मक वर्गीकृत सामग्री (खात्मा)13 सिरेमिक आधारित 4d-14घटकों में । सामग्री संकर जैसे विद्युत प्रवाहकीय/अछूता, चुंबकीय/गैर-चुंबकीय, तन्य/हार्ड या अलग रंग गुण संयोजन की अनुमति दें । संकर घटक संवेदक या एमईएमएस (माइक्रो विद्युत सिस्टम)15 के रूप में अच्छी तरह से जाना जाता कार्यों को प्रदर्शित कर सकते हैं । इसके अलावा, धातु/चीनी मिट्टी कंपोजिट मशीनों में चीनी मिट्टी के हिस्सों में शामिल होने के बाद से पारंपरिक वेल्डन इस्पात भागीदारों इस्तेमाल किया जा सकता पूरक कर सकते हैं ।

यूरोपीय परियोजना cerAMfacturing (यूरोपीय संघ-परियोजना कोर्डिस ६७८५०३) हूं विकासशील एकल सामग्री घटकों के लिए प्रौद्योगिकियों के रूप में के रूप में अच्छी तरह से बहु के am के लिए एक पूरी तरह से नए दृष्टिकोण सामग्री घटक है, जो अनुकूलित के धारावाहिक उत्पादन की अनुमति देगा और विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए बहुआयामी घटक12. तीन अलग निलंबन आधारित तकनीक हूं योग्य को चीनी मिट्टी के हूं, सिरेमिक के रूप में के रूप में अच्छी तरह से धातु सिरेमिक घटकों की अनुमति है । निलंबन आधारित AM तकनीक का उपयोग पाउडर आधारित तरीकों की तुलना में बेहतर घटक प्रदर्शन का वादा किया है । क्योंकि एक निलंबन में पाउडर के कण वितरण अधिक सजातीय और एक पाउडर बिस्तर की तुलना में अधिक कॉंपैक्ट है, इन आकार देने के तरीकों उच्च हरी घनत्व उपज है, जो घने microstructures और कम सतह किसी न किसी के साथ sintered घटकों में परिणाम स्तर12.

लिथोग्राफी आधारित सिरेमिक विनिर्माण (LCM)7,8,9,10,11,16,17के साथ-साथ, जुड़े रेशा निर्माण (FFF) और थर्माप्लास्टिक 3डी प्रिंटिंग (T3DP)12,14,18 विकसित की जा रही है । FFF और T3DP के लिए अधिक उपयुक्त है बहु सामग्री घटकों के LCM की तुलना में चयनात्मक जमाव की वजह से और solidification सामग्री के शुद्ध चयनात्मक solidification के बजाय सभी पूरी परत 14 भर में जमा .

LCM की तुलना में FFF और T3DP का एक अतिरिक्त लाभ थर्माप्लास्टिक बांधने की मशीन के बजाय फोटो इलाज पॉलिमर का उपयोग है । बांधने की मशीन प्रणाली ऐसे अवशोषण, उत्सर्जन और विद्युत चुंबकीय तरंगों के प्रतिबिंब के रूप में अपने ऑप्टिकल संपत्तियों के स्वतंत्र पाउडर के प्रसंस्करण में सक्षम बनाता है, जैसे, अंधेरे और चमकदार सामग्री (दृश्यमान रेंज में), जो उत्पादन के लिए आवश्यक है धातु सिरेमिक घटकों के19,20। इसके अलावा, कम निवेश FFF उपकरण के लिए आवश्यक मानक उपकरणों की एक बड़ी विविधता के बाद से उपलब्ध हैं । इस तकनीक के कारण उच्च सामग्री दक्षता और पुनर्नवीनीकरण सामग्री के लिए किफायती हो जाता है । अंत में, FFF बड़े भागों के लिए आसान है के बाद से प्रक्रिया एक्सल पर प्रिंट सिर चलती पर निर्भर करता है ।

यह कागज विनिर्माण धातु सिरेमिक कंपोजिट FFF का उपयोग कर के पहले परिणाम प्रस्तुत करता है । इसके अतिरिक्त, FFF और T3DP इकाइयों के तकनीकी संयोजन प्रस्तुत किया है, हालांकि यह अभी भी विकास के अधीन है । FFF प्रक्रिया में, थर्माप्लास्टिक पॉलिमर के रेशा पिघल रहे हैं और दो काउंटर घूर्णन तत्वों की कार्रवाई द्वारा चयनात्मक रूप से बाहर निकाला । एक बार सामग्री नोजल के माध्यम से बाहर निकाला है, यह ठंडा द्वारा जम, घटकों के उत्पादन परत से परत को सक्षम करने से । अंतिम सिरेमिक और धातु घटकों का उत्पादन करने के लिए, इस प्रक्रिया का एक संस्करण21,22,23,24,25,26विकसित किया गया है । बहुलक यौगिकों, binders के रूप में जाना जाता है, अत्यधिक एक चीनी मिट्टी या धातु पाउडर से भर रहे हैं । घटक का आकार देने के एक बार पारंपरिक FFF दृष्टिकोण का उपयोग कर आयोजित किया गया है, दो अतिरिक्त कदम की आवश्यकता है । सबसे पहले, बहुलक घटकों पूरी तरह से बाध्यकारी चरण में नमूनों से हटा दिया जाना चाहिए, कई सूक्ष्म आकार pores के साथ एक संरचना पैदा । अंतिम गुण प्राप्त करने के लिए, पाउडर संकुचित बाद में सामग्री के पिघलने बिंदु के नीचे एक तापमान पर sintered हैं । इस दृष्टिकोण का उपयोग करना, इस तरह के सिलिकॉन नाइट्राइड के रूप में सामग्री का उत्पादन, जुड़े सिलिका, piezoelectric चीनी मिट्टी की चीज़ें, स्टेनलेस स्टील्स, टंगस्टन कार्बाइड-कोबाल्ट, एल्यूमिना या टाइटेनियम डाइऑक्साइड23,24,25 अन्यत्र सफलतापूर्वक आयोजित किया गया है ।

अत्यधिक-भरा बहुलक रेशा का उपयोग और इस प्रक्रिया की विशेषता21सामग्री में कुछ आवश्यकताओं को लागू । अच्छा संगतता थर्माप्लास्टिक बांधने की मशीन घटकों और पाउडर के बीच प्रदान किया जाना चाहिए, जो कार्बनिक बांधने की मशीन घटकों के पिघलने बिंदु के ऊपर तापमान पर जटिल तकनीक का उपयोग कर वितरित homogeneously होना चाहिए, जैसे कि गूंध या कतरनी रोलिंग । के बाद से ठोस रेशा के लिए प्रिंट सिर में एक पिस्टन के रूप में कार्य करने के लिए पिघला हुआ सामग्री धक्का है, एक उच्च कठोरता और कम चिपचिपापन ठेठ व्यास के साथ नोजल के माध्यम से सामग्री के बाहर निकालना सक्षम करने के लिए आवश्यक है ०.३ से लेकर १.० mm । इस बीच, सामग्री पर्याप्त लचीलापन और शक्ति के अधिकारी के लिए एक रेशा है कि स्पूल किया जा सकता है के रूप में आकार का होना चाहिए । इन सभी गुणों गठबंधन जबकि पाउडर का एक उच्च लोड होने, विभिंन बहु घटक बांधने की मशीन प्रणाली21,22,26विकसित किया गया है ।

पर्याप्त बांधने की मशीन के उपयोग के अलावा, एक नई ड्राइविंग प्रणाली इस काम में नियोजित किया गया है । सामान्यतः, दांतेदार ड्राइव पहियों नोजल के माध्यम से रेशा धक्का करने के लिए उपयोग किया जाता है । ये दाँत भंगुर रेशा को नुकसान पहुँचा सकते हैं. आदेश में रेशा की यांत्रिक आवश्यकताओं को कम करने और FFF प्रक्रिया के दौरान बाहर निकालना दबाव बढ़ाने के लिए, दांतेदार बना ड्राइव पहियों के पारंपरिक FFF प्रणाली एक विशेष दोहरी बेल्ट प्रणाली की जगह थी । उच्च घर्षण और मार्गदर्शन लंबाई, आकार, और बेल्ट के विशेष रबर कोटिंग के कारण उत्पंन होता है । सबसे महत्वपूर्ण मुद्दा प्रिंट सिर के माध्यम से रेशा के किसी भी बकसुआ रोक रहा था । रेशा नोजल के लिए सभी तरह से निर्देशित किया जाना चाहिए, कोई मुक्त स्थान की अनुमति दी है, और घटकों के बीच आवश्यक संक्रमण पर विचार किया जाना चाहिए ।

फीडिंग यूनिट छोड़ने के बाद रेशा नोजल यूनिट में प्रवेश करता है । मुख्य लक्ष्यों को तापमान प्रबंधन और gapless मार्गदर्शन डिजाइन किए गए थे । विकसित प्रिंट सिर चित्रा 1में दिखाया गया है ।

Figure 1
चित्रा 1 : नई बेल्ट ड्राइव यूनिट (ऊपर) और वास्तविक इकाई (नीचे) की छवि के सीएडी मॉडल । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

एक और बड़ी चुनौती धातु के उत्पादन के लिए संबोधित किया जा करने के लिए सिरेमिक अवयव पाउडर का चयन है कि थर्मल उपचार के दौरान सह प्रसंस्करण की अनुमति (थर्मल विस्तार (CTE), तापमान शासन, और वातावरण के तुलनीय गुणांक) और sintering कदम के दौरान दोनों सामग्रियों के सिकुड़न व्यवहार का विशेष रूप से समायोजन । इस काम में, एक प्रयास zirconia और संशोधित स्टेनलेस स्टील 17-4PH गठबंधन किया है क्योंकि वे एक तुलनीय CTE है (लगभग 11 x 10-6/K) और एक ही स्थिति में sintered जा सकता है (हाइड्रोजन वातावरण को कम करने, sintering तापमान: १३५०-१४०० डिग्री सेल्सियस) । हालांकि, संकोचन व्यवहार, धातु पाउडर के लिए एक विशेष मिलिंग प्रक्रिया को समायोजित करने के लिए19,20की आवश्यकता है ।

Protocol

1. प्रयुक्त सामग्री

  1. बांधने की मशीन घटकों का चयन
    1. बांधने की मशीन का चयन करें अत्यधिक भरा यौगिकों के मानदंडों के अनुसार (लगभग ५० vol.%) FFF के लिए परिभाषित की पाउडर सामग्री: उच्च यांत्रिक शक्ति, पर्याप्त कठोरता, कम चिपचिपापन और स्पूल करने के लिए लचीलापन । लचीलेपन की एक भारी कमी और चिपचिपापन की वृद्धि एक उच्च ठोस लदान से उंमीद की जा सकती है ।
      नोट: इस अध्ययन में, एक बहु घटक बांधने की मशीन प्रणाली कार्यरत था । घटकों के बहुमत एक थर्माप्लास्टिक elastomer के शामिल करने के लिए लचीलापन और शक्ति में सुधार होगा । एक कार्यात्मक हटना पाउडर के साथ आसंजन में सुधार करने के लिए एक रीढ़ के रूप में शामिल किया गया था । अंत में, stearic एसिड (लगभग 5 vol.%) पाउडर के अच्छे फैलाव के लिए एक surfactant के रूप में शामिल किया गया था । निजता कारणों की वजह से ज्यादा जानकारी का खुलासा नहीं हो पाता ।
  2. पाउडर का चयन
    1. बहु सामग्री दृष्टिकोण के लिए एक उपयुक्त पाउडर जोड़े चुनें । एक चीनी मिट्टी और एक धातु पाउडर के सह प्रसंस्करण के लिए, थर्मल विस्तार (CTE) और एक ही sintering वातावरण में sintering के दौरान एक ही संकोचन व्यवहार के समान गुणांक के साथ सामग्री का चयन करें ।
    2. विशिष्ट सिरेमिक ग्रेड का चयन करें । चुनें चतुष्कोणीय yttria-स्थिर zirconia कारण CTE और sintering तापमान विशेष स्टेनलेस स्टील्स के रूप में के रूप में अच्छी तरह से उच्च क्रूरता और इस चीनी मिट्टी सामग्री के वंक ताकत के बराबर जा रहा है । 7 ± 2 एम2/g और डी५० = ०.५ µm के एक कण आकार के एक विशिष्ट सतह क्षेत्र के साथ zirconia पाउडर का प्रयोग करें ।
    3. विशिष्ट धातु ग्रेड का चयन करें । प्रवाहकीय और तन्य धातु सामग्री के रूप में स्टेनलेस स्टील पाउडर का प्रयोग करें । सामग्री एक तुलनीय CTE और एक सुरक्षात्मक हाइड्रोजन वातावरण के तहत zirconia के उन लोगों के लिए sintering तापमान की एक समान सीमा होनी चाहिए ।
  3. sintering व्यवहार का समायोजन
    1. एक तनाव मुक्त सह sintering प्राप्त करने के लिए, दोनों पाउडर प्रकार के तापमान निर्भर तनाव व्यवहार (sintering और थर्मल विस्तार के कारण सिकुड़ना) समायोजित करें । चूंकि zirconia पाउडर का इस्तेमाल उच्च सतह ठीक कणों के कारण ऊर्जा है, अपेक्षाकृत बड़े धातु कणों को परिष्कृत और परमाणु जाली के विरूपण द्वारा विस्थापन घनत्व में वृद्धि के द्वारा स्टेनलेस स्टील पाउडर को संशोधित ।
      नोट: उदासीनता मिलिंग के दौरान पहले, गोलाकार इस्पात कणों एक अत्यंत उच्च अव्यवस्था घनत्व के साथ पतली और भंगुर गुच्छे में फिर से आकार के होते हैं । दूसरे के दौरान उच्च ऊर्जा मिलिंग कदम (ग्रहों की गेंद मिलिंग, PBM), भंगुर गुच्छे एक वृद्धि हुई sintering क्षमता के साथ बहुत महीन दानेदार कणों में टूट जाएगा । इस तरह, धातु पाउडर की वृद्धि हुई sintering गतिविधि तक पहुंचा जा सकता है और सिकुड़ वक्र zirconia की वक्र को समायोजित किया जा सकता है, केवल छोटे मतभेद19,20दिखा ।
      1. लागू उदासीनता मिलिंग (१८० मिन) गोलाकार स्टेनलेस स्टील के कणों को फिर से पतली और भंगुर गुच्छे में आकार ।
      2. ग्रहों की गेंद मिलिंग (२४० मिनट) एक कम पहलू अनुपात लेकिन एक वृद्धि हुई sintering क्षमता के साथ बहुत महीन सुक्ष्म कणों में भंगुर गुच्छे को तोड़ने के लिए प्रदर्शन करते हैं ।
  4. समायोजन सफलता का मूल्यांकन
    1. एक रॉड या ऑप्टिकल dilatometer का प्रयोग करने के लिए उपयुक्त सामग्री संकुचित के संकोचन व्यवहार को मापने और परिणामों की तुलना करें । दोनों सामग्री की volumetric पाउडर सामग्री का प्रयोग एक ही है और एक ही माप लागू (हीटिंग दर, वातावरण, अधिकतम तापमान, समय पर ध्यान केंद्रित) ।
    2. यदि sintering व्यवहार में एक उच्च बेमेल है, स्टेनलेस स्टील पाउडर के मिलिंग मापदंडों को समायोजित करें । महीन चूर्ण एक कम सिंटर तापमान शुरू करने के लिए नेतृत्व करेंगे । एक लंबी उदासीनता मिलिंग समय उच्च विस्थापन ऊर्जा और उच्च संकोचन के लिए नेतृत्व करेंगे । ग्रहों मिलिंग spattered पाउडर, जो बहुलक यौगिकों में लागू होता है की ओर जाता है ।
      नोट: समायोजन की सफलता कच्चे माल से प्रभावित है । ऑप्टिमाइज़ेशन आयोजित किया जाना चाहिए । sintering curves की एक स्थानांतरण भी पाउडरों भिन्न द्वारा उत्पन्न किया जा सकता है । ठीक पाउडर भागों को कम तापमान पर sintering शुरू करते हैं ।

२. रेशा उत्पादन

  1. टाक वडा
    नोट: zirconia टाक की तैयारी के लिये सोंठ का चूर्ण27agglomerate करने से इसकी प्रवृत्ति कम हो जाती है । 1 घंटे की एक ंयूनतम के लिए एक वैक्यूम ओवन में ८० ° c पर सामग्री सूखी ।
    1. पूर्व ६० rpm पर 30 मिनट के लिए एक रोलर रोटर मिक्सर में सामग्री यौगिक ।
      1. सुनिश्चित करें कि तापमान सभी बांधने की मशीन घटकों को पिघला करने के लिए पर्याप्त उच्च है । बांधने की मशीन घटकों का परिचय और जब तक पिघलने रुको । पाउडर को लगातार 5 झपकते हर 5 मिनट में खिलाएं ।
      2. प्रक्रिया के अंत में, छोटे टुकड़ों में चैंबर से सामग्री निकालने के लिए कदम 2.1.2 की सुविधा ।
        नोट: दोनों सामग्री के लिए, ४७ vol.% के पाउडर सामग्री थर्माप्लास्टिक टाक के भीतर महसूस किया गया ।
    2. दानेदार बनाना या कमरे के तापमान को ठंडा करने के बाद ठोस सामग्री pelletize ।
      1. जब एक काटने मिल कार्यरत है, सामग्री के टुकड़े धीरे परिचय । जब तक इंतजार अंदर टुकड़े दानेदार है अगले लोगों को लागू करने के लिए ।
      2. पीस चैंबर के निकास पर, 4 x 4 मिमी के साथ एक छलनी का उपयोग करने के लिए पर्याप्त आकार के granules मिल वेध । यह प्रक्रिया जुड़वां पेंच बाहर निकालना मशीन या कतरनी रोलर (कदम 2.1.3) की एक सतत खिलाने के लिए आवश्यक है ।
    3. जटिल उच्च कतरनी दर पर सामग्री के फैलाव में सुधार करने के लिए, उदाहरण के लिए, एक सह घूर्णन जुड़वां पेंच बाहर निकालना (त्से) या एक कतरनी रोल बाहर निकालना में । एक कन्वेयर बेल्ट के साथ सामग्री ले लीजिए और यह कमरे के तापमान के लिए नीचे शांत ।
      नोट: इस अध्ययन में, एक सह-घूर्णन जुड़वां पेंच बाहर निकालना उपयोग किया गया था । पेंच रोटेशन गति ६०० rpm और एक तापमान प्रोफ़ाइल के लिए सेट किया गया था १७० ° c से खिला क्षेत्र में मरने में २१० ° c जब तक परिभाषित किया गया था ।
    4. दानेदार बनाना या कमरे के तापमान को ठंडा करने के बाद ठोस सामग्री pelletize । 2.1.2 की प्रक्रिया का प्रयोग करें या एक कणिकाओं के साथ कन्वेयर बेल्ट के अंत में सामग्री pelletize । यदि आवश्यक हो, तो इस प्रक्रिया को दोहराएँ जब तक कि छर्रों एक लंबाई बराबर या 4 मिमी से छोटी है.

Figure 2
चित्रा 2 : रेशा उत्पादन लाइन । सामग्री बाहर निकालना गति और तापमान के विनियमन द्वारा एक नियंत्रित तरीके से बाहर निकाला जाता है । बाद में, यह एकत्र और एक कन्वेयर बेल्ट और ढोना बंद इकाई द्वारा संचालित है । रेशा व्यास मापा जाता है और यदि मान वांछित श्रेणी के भीतर हैं, रेशा स्पूल है । रेशा आयामों को विनियमित करने के लिए, खींच और स्पूल गति उत्तरोत्तर समायोजित किया जाना चाहिए । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

  1. रेशा बाहर निकालना
    नोट: चित्रा 2 रेशा तैयारी और नीचे स्थित रेशा व्यास को परिभाषित करने वाले चर मापदंडों के लिए विनिर्माण प्रक्रिया की एक योजना से पता चलता है. रेशा एक कन्वेयर बेल्ट द्वारा एकत्र की है और काउंटर घूर्णन रोलर्स के दो जोड़े की कार्रवाई से खींच लिया है । व्यास और अंडाकार मूल्यों एक लेज़र माप डिवाइस में मापा जाता है, और प्रक्रिया मापदंडों रेशा ज्यामिति को विनियमित करने के लिए समायोजित कर रहे हैं । सामग्री अंत में स्पूल पर संग्रहीत है । आयाम की एक निरंतर श्रृंखला के साथ रेशा का उत्पादन प्रक्रिया की पुनरावृत्ति के लिए महत्वपूर्ण है, के बाद से FFF में मात्रा का प्रवाह रेशा ज्यामिति के आश्रित है ।
    1. बांधने की मशीन घटकों के पिघलने बिंदु के ऊपर एक तापमान पर 30 rpm पर सामग्री को बाहर निकालना । दबाव और रेशा गुणवत्ता का एक अच्छा नियंत्रण के लिए, एक नोक व्यास के साथ एक एकल पेंच बाहर निकालना का उपयोग कम से १.७५ mm ।
      नोट: सामग्री की छोटी मात्रा के लिए, एक उच्च दबाव केशिका rheometer सामग्री विकास के चरण में नियोजित किया जा सकता है । फिर भी, रेशा की एक गरीब आयामी गुणवत्ता की उंमीद की जा सकती है ।
      नोट: कदम २.१ और 2.2.1 एक पर्याप्त जुड़वां पेंच बाहर निकालना प्रक्रिया में संयुक्त किया जा सकता है ।
    2. बाहर निकाला सामग्री ले लीजिए । इकट्ठा करने और बाहर निकाला सामग्री शांत करने के लिए एक कन्वेयर बेल्ट का उपयोग करें । उच्च बाहर निकालना गति का उपयोग करते समय हवा या पानी ठंडा तत्वों की आवश्यकता हो सकती है ।
    3. रेशा के आयामों को मापने और नियंत्रित करते हैं । एक विशेष बाहर निकालना गति के लिए, उत्तरोत्तर कंवेयर बेल्ट को विनियमित करने और गति खींचने के लिए रेशा के आयामों को समायोजित (कंवेयर कमी और एक उच्च व्यास के लिए गति खींच) । १.७० से १.८० मिमी और अंडाकार की तुलना में छोटे ०.१० मिमी व्यास श्रेणी के साथ रेशा का उत्पादन ।
      नोट: अंडाकार मूल्य अधिकतम और न्यूनतम व्यास के बीच अंतर के रूप में परिभाषित किया गया है. एक पूरी तरह से गोल रेशा के लिए, शूंय की एक अंडाकार प्राप्त किया जाना चाहिए ।
    4. सामग्री स्पूल । एक अतिरिक्त स्पूल कर रहा इकाई (चित्रा 2) स्वचालित स्पूल कर के लिए कन्वेयर बेल्ट के अंत में रखा जा सकता है ।

3. हरी घटकों के Additive विनिर्माण

  1. इष्टतम प्रक्रिया मापदंडों की जांच
    1. मुद्रण से पहले, वाणिज्यिक टुकड़ा करने की क्रिया सॉफ्टवेयर का उपयोग करें । इस सॉफ्टवेयर के लिए मुद्रण मानकों को स्थापित करने और एक 3d सीएडी मॉडल से बाहर प्रिंटिंग डिवाइस के लिए जी कोड उत्पंन करने के लिए लागू किया जा सकता है ।
    2. मुद्रण के लिए, निंन आवश्यक पैरामीटर्स पर विचार करें:
    • बिस्तर आसंजन के लिए बिस्तर तापमान
    • विभिन्न सामग्रियों की प्रिंट स्पीड
    • लगातार सामग्री प्रवाह के लिए अलग प्रिंट तापमान
    • प्रिंटेड कतरा के solidification को सपोर्ट करने के लिए कूलिंग फैन का कंट्रोल
    • परतों के बीच बेहतर आसंजन के लिए प्रिंट तापमान
    • कर्षण मापदंडों बह से बचने के लिए और एक "प्रधानमंत्री स्तंभ" का उपयोग
    • विभिंन सामग्री के समान किनारा चौड़ाई आश्वासन देने के लिए सामग्री प्रवाह बदलती
  2. परीक्षण घटकों की हूं
    1. एक वाणिज्यिक 3 डी प्रिंटर के साथ हरे नमूनों की हूं प्रदर्शन ( सामग्री की तालिकादेखें) । बहु-सामग्री घटकों को मुद्रित करने से पहले एकल-सामग्री परीक्षण घटकों का निर्माण करना ।
      1. बहु सामग्री घटकों के निर्माण से पहले प्रिंटर सॉफ्टवेयर में नलिका के किसी भी संभव ग़लत संरेखण सही ।
    2. एकल घटक निर्माण
      1. लोड प्रिंट सिर 1 के साथ zirconia रेशा और प्रिंट सिर 2 स्टेनलेस स्टील के साथ-रेशा । दोनों रेशा के लिए, 10 मिमी के एक प्रिंट सिर की गति का उपयोग करें और 20 डिग्री सेल्सियस के प्रिंट बिस्तर तापमान । २२० डिग्री सेल्सियस और स्टेनलेस स्टील के लिए २४० डिग्री सेल्सियस के लिए zirconia के प्रिंट सिर तापमान सेट करें ।
        नोट: एक पहले परीक्षण ज्यामिति नमूना के रूप में, cuboids एकल सामग्री और अलग सैंडविच सेटअप के लिए निर्मित किया गया है बहु सामग्री घटक के लिए चुना गया है । सभी हरे घटकों 15 मिमी x 15 मिमी और विविध मोटाई 1-3 मिमी के अंतिम आयाम था और ०.२५ मिमी की एक परत मोटाई के साथ निर्मित किया गया । प्रिंट सिर तापमान को टाक की वांछित प्रवाह को प्राप्त करने के लिए विविध किया जा सकता है । तापमान बढ़ाने से चिपचिपाहट की कमी हो जाती है । दो सामग्रियों के इष्टतम मुद्रण तापमान अलग हो सकते हैं ।
    3. बहु-सामग्री विनिर्माण
      1. दो या तीन अलग परतों के साथ बारी से बहु सामग्री घटकों का निर्माण, उदाहरणके लिए, 1 मिमी स्टेनलेस स्टील/1 मिमी zirconia/1 मिमी स्टेनलेस स्टील या 1 मिमी zirconia/1 मिमी स्टेनलेस स्टील/
        नोट: बहु-घटक मुद्रण में, यह तेज और सटीक सामग्री संक्रमण के लिए एक "प्रधानमंत्री स्तंभ" का उपयोग करने के लिए बहुत उपयोगी हो सकता है । जब तक मुद्रण सिर बदल रहा है, रेशा के कुछ मिलीमीटर की जरूरत है जब तक सामग्री को भरने के लिए इस्तेमाल किया नोजल भरता है, अंतराल के लिए अग्रणी । इसलिए, भाग की उपस्थिति के रूप में यह हो सकता है के रूप में अच्छा नहीं है । इस व्यवहार से बचने के लिए, भाग के पास "प्रधानमंत्री स्तंभ" मुद्रित करें, यह सॉफ़्टवेयर में सेट किया जा सकता है । प्रधानमंत्री स्तंभ की एक परत (आयताकार टॉवर, चित्रा 3) पहले मुद्रित किया जाएगा जब नोजल बदल रहा है, यह सुनिश्चित करना है कि नोजल और प्रधान है के लिए तैयार भाग परतों के साथ जारी रखने से पहले प्रिंट ।
    4. विनिर्माण के अनुकूलन
      1. यदि आवश्यक हो तो "रसना-शील्ड" का उपयोग करें; यह घटक (चित्रा 4) के चारों ओर एक मुद्रित पतली दीवार है । भाग के बाहर दूसरे घटक के लिए प्रिंट सिर परिवर्तन के बाद, नोजल इस दीवार को पार जब यह टावर से चलता है । सभी का पालन सामग्री इस ढाल पर नोजल से खुली हो जाएगा और हिस्सा पर सामग्री जमाव की परिशुद्धता को बढ़ाया जा सकता है मुद्रित किया जाएगा ।
        नोट: आगे अनुकूलन के बारे में प्राप्त गुणवत्ता प्रवाह के महीन समायोजन, बाहर निकालना चौड़ाई, और बाहर निकालना गुणक द्वारा संभव हो रहे हैं, यह मानते हुए कि रेशा का व्यास निरंतर है ।

Figure 3
चित्रा 3 : टॉवर संरचना के साथ धातु सिरेमिक घटक के लिए विनिर्माण प्रक्रिया । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्र 4 : चारों ओर रसना-ढाल के साथ एक घटक के आभासी प्रिंट । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

4. घटकों की Sintering और बाइंडिंग

  1. लगातार दो चरणों में बाइंडिंग जारी रखें । सबसे पहले, विलायक निष्कर्षण प्रदर्शन, और फिर थर्मल उपचार अवशिष्ट बांधने घटकों को विघटित करने के लिए ।
    1. ६० डिग्री सेल्सियस पर cyclohexane का उपयोग कर मुद्रित हरी भागों के साथ विलायक निष्कर्षण आचरण । पर्याप्त cyclohexane के साथ नमूनों को कवर और उन्हें 8 घंटे के लिए इलाज जब इस कदम बाहर ले जाने आग सुरक्षा पहलुओं पर विचार करें । के बारे में 7-9 wt.% की एक घुलनशील बांधने की मशीन सामग्री यहां हटा दिया जाएगा ।
      नोट: एक विलायक निष्कर्षण लागू बाद thermaldebinding के दौरान कम सूजन प्रभाव की ओर जाता है ।
    2. एक आर्गन वातावरण में एक बाध्यकारी भट्ठी में थर्मल बाध्यकारी प्रदर्शन के लिए सामग्री की कमी से बचाने के लिए (नाइट्रोजन वातावरण के तहत हुई) या ऑक्सीकरण । ४४० ° c के अधिकतम तापमान का उपयोग करें और 5 ° c/एच और १५० डिग्री सेल्सियस के बीच अलग हीटिंग दरों/
      1. दोनों टाकs के बाइंडिंग व्यवहार की विशेषताएं या ऑप्टिमाइज़ करने के लिए, उपयुक्त ताप दरों का मूल्यांकन करने के लिए ६०० ° c तक नाइट्रोजन प्रवाह के अंतर्गत एक thermogravimetric विश्लेषण लागू करें ।
  2. ८०% आर्गन और एक उच्च तापमान टंगस्टन भट्ठी में 20% हाइड्रोजन के एक कम करने के माहौल में sintering बाहर ले । १,३६५ ° c के अधिकतम तापमान तक पहुंचने के लिए 3 ° c/min और 5 ° c/मिनट के बीच ताप दरों का उपयोग करें । 3 घंटे के एक निवास के समय के बाद, कमरे के तापमान को भट्ठा ठंडा ।

Representative Results

स्टेनलेस स्टील sintering व्यवहार के लिए सबसे अच्छा फिटिंग परिणाम १८० मिनट के एक उदासीनता मिलिंग समय और एक ग्रहों की गेंद मिल (PBM) २४० मिनट के मिलिंग समय के साथ प्राप्त किया गया । चित्रा 5 (बाएं) अनुपचारित पाउडर की एक SEM छवि से पता चलता है, उदासीनता मिलिंग (मध्य) के बाद विकृत कणों, और PBM मिलिंग कदम (सही) के बाद कटा कणों ।

Figure 5
चित्रा 5 : अनुपचारित स्टेनलेस स्टील < 38 µm (D90) (बाएँ), उदासीनता मिलिंग के बाद स्टेनलेस स्टील पाउडर (मध्य), और PBM मिलिंग के बाद स्टेनलेस स्टील पाउडर (दाएँ) कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

प्रारंभिक और मिलिंग स्टील पाउडर के sintering व्यवहार चित्रा 6में zirconia पाउडर के sintering व्यवहार के साथ तुलना कर रहे हैं, सभी एक ऑप्टिकल dilatometer के साथ मापा.

Figure 6
चित्रा 6 : zirconia पाउडर के Dilatometric curves (TZ-3Y-SE) और स्टेनलेस स्टील पाउडर (17-4PH) प्रारंभिक अवस्था में और स्टेनलेस स्टील पाउडर के एक उच्च ऊर्जा मिलिंग उपचार के बाद । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

उच् च कतरनी यौगिक चरण में स् टाक यांत्रिक गुणों के सुधार zirconia टाक के लिए विशेषता थी । एक रोलर रोटर मिक्सर (RM) में ७५ मिनट के एक एकल समझौता चरण में उत्पादित एक टाक प्रोटोकॉल में वर्णित विधि द्वारा उत्पादित एक के साथ तुलना में था । रेशा १.७५ मिमी व्यास, 1 मिमी के एक पिस्टन की गति और १९० डिग्री सेल्सियस के तापमान के एक मरने के साथ एक उच्च दबाव केशिका rheometer का उपयोग कर बाहर निकाला गया । रेशा एक कन्वेयर बेल्ट के साथ एकत्र किए गए थे और एक सार्वभौमिक तन्यता परीक्षण मशीन के साथ परीक्षण किया । सामग्री के प्रति कम से 5 पुनरावृत्तियां आयोजित की गईं । चित्रा 7 अंतिम तंयता ताकत (यूटीएस), यूटीएस पर बढ़ाव, और व्युत्क्रमकोटिज्या मापांक के विषय में दोनों सामग्री की तुलना से पता चलता है ।

Figure 7
चित्र 7 : zirconia टाक के यांत्रिक गुणों में यौगिक विधि का प्रभाव । टाक एक आंतरिक रोलर मिक्सर (RM) में या एक सह घूर्णन जुड़वां पेंच कदम (त्से) के साथ संयोजन में जटिल था । शक्ति, लचीलापन और एक केशिका rheometer के साथ उत्पादित रेशा की जकड़न मतलब मूल्य और अंतिम तंयता ताकत (यूटीएस) के संवाददाता मानक विचलन, यूटीएस और व्युत्क्रमकोटिज्या मापांक पर बढ़ाव का उपयोग कर निर्धारित किया गया, क्रमशः. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

चित्रा ८में zirconia (बाएँ) और स्टेनलेस स्टील (right) के बने हुए तंतुओं के उत्पादन के दौरान प्राप्त व्यास मानों को प्रस्तुत किया जाता है. बाहर निकाला रेशा का व्यास एकल पेंच बाहर निकालना के माध्यम से उत्पादन प्रक्रिया के दौरान दर्ज किया गया था । zirconia रेशा के लिए, आयामों का एक अच्छा नियंत्रण १.७५ मिमी का एक मतलब व्यास और ०.०२ मिमी के एक मानक विचलन के साथ प्राप्त किया जा सकता है । संशोधित स्टेनलेस स्टील पाउडर युक्त रेशा के लिए, औसत रेशा व्यास की एक उच्च परिवर्तनशीलता मनाया गया था । इस के लिए एक संभावित कारण है कि धातु कणों के आकार की तरह प्लेटलेट से उत्पन्न टाक के भीतर एक सजातीय कण वितरण हो सकता है (चित्रा 5) । इस स्थिति में, माप बिंदुओं की एक उच्च संख्या १.७५ mm ± ०.०५ mm की इच्छित श्रेणी के बाहर पाए गए थे, और माध्य व्यास मान १.७४ mm था ०.०३ mm की एक मानक भिंनता के साथ । दोनों प्रकार के रेशा के लिए, अंडाकार मान ०.१ मिमी की सीमा से काफी छोटे थे ।

Figure 8
चित्र 8 : अध्ययन सामग्री के लिए रेशा व्यास के हिस्टोग्राम. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

चित्रा 9 संरचना इस्पात के साथ हरी सैंडविच संरचनाओं का निर्माण करने के लिए उपयुक्त धातु और zirconia रेशा से पता चलता है-zirconia स्टील (बाएं) के रूप में अच्छी तरह के रूप में zirconia-steel-zirconia (दाएं) ।

Figure 9
चित्र 9 : ग्रीन स्टील-zirconia-स्टील (बाएं) और zirconia स्टील-zirconia अवयव (दाएं) additives द्वारा निर्मित FFF । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

दोनों सामग्रियों के समान बांधने की प्रणाली के कारण, यह एक अखंड समग्र भाग के लिए कुछ परतों फ्यूज संभव है । तेज संक्रमण के साथ एक बड़ा गोल आकार का हिस्सा चित्रा 10में दिखाया गया है ।

Figure 10
चित्र 10 : Zirconia और स्टेनलेस स्टील के बीच तेज संक्रमण के साथ संरचना । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

चित्र 11 अंय हरी एकल-और बहु-सामग्री घटकों को दिखाता है जो आगे संसाधित किए गए थे । चित्रा 12 बाईं ओर एक शुद्ध zirconia नमूना से पता चलता है, मध्य एक शुद्ध स्टेनलेस स्टील के नमूने से पता चलता है, और अंत में एक sintered और अच्छी तरह से जुड़े हुए इस्पात सिरेमिक कंपोजिट दाईं ओर चित्र है ।

Figure 11
चित्र 11 : ग्रीन टेस्ट नमूने FFF द्वारा निर्मित; शीर्ष: zirconia-इस्पात-शीर्ष पर स्टेनलेस स्टील के साथ कंपोजिट; मध्य: स्टेनलेस स्टील; नीचे: zirconia । ग्रिड बॉक्स 5 मिमी । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें

Figure 12
चित्र 12 : Sintered zirconia नमूना (बाएं), Sintered स्टेनलेस स्टील नमूना (मध्य), और Sintered zirconia-स्टेनलेस स्टील-कम्पोजिट (दाएं) । सभी तराजू में mm. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए

13 चित्रामें, FFF के एक ठेठ संरचना-दो जमा तंतुओं के बीच crotches (या उप परिधि) के साथ घटकों दिखाया गया है, जो एक साधारण टुकड़ा करने की क्रिया (उपकरण पथ) और सामग्री जमाव के निरंतर तरीके से हुई ।

Figure 13
चित्र 13 : FFF की विशिष्ट संरचना-टुकड़ा करने की क्रिया और निरंतर सामग्री जमाव से उत्पंन घटकों । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

टुकड़ा करने की क्रिया सॉफ्टवेयर में बाहर निकालना गुणक स्थापना करके, जो एक उच्च मात्रा जमाव की ओर जाता है, उप परिधि के साथ ही उपकरण रास्तों अनुकूलन द्वारा कम किया जा सकता है । फिर भी, तंतुओं में कणों की उच्च सामग्री के कारण, यह स्पष्ट है कि जमाव व्यवहार thermoplastics के साधारण मुद्रण से अलग है । इसलिए, इस तरह के दोषों को बंद करने के लिए एक सॉफ्टवेयर संशोधन वांछनीय है ।

विलायक बाध्यकारी, थर्मल बाध्यकारी और बाद में sintering के बाद, सभी विभिंन नमूनों कोई महत्वपूर्ण विकृति या सूजन दिखाई । sintered शुद्ध zirconia और स्टेनलेस स्टील FFF नमूनों दोनों के साथ और बिना संपीड़न भार के एक अच्छा ज्यामितीय स्थिरता है और वे बकसुआ नहीं है । कुल जन हानि 14.8-14.9% थी, जो पूरी तरह से बाध्यकारी है ।

धातु सिरेमिक नमूनों दोनों सामग्री के एक अच्छा macroscopic आसंजन दिखाया । कंपोजिट sintering के बाद जन हानि को 14.1-14.4% पाया गया, जो कि एक पूर्ण बाध्यकारी भी इंगित करता है । इसके अलावा विश्लेषण और प्रक्रिया समायोजन का पालन करेंगे । कंपोजिट के इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप लक्षण वर्णन करने के लिए समग्र की गुणवत्ता में अंतर्दृष्टि प्रदान करना है । कंपोजिट के वांछित गठन सफलतापूर्वक चित्रा 14में दिखाया गया है के रूप में जगह ले ली है ।

Figure 14
चित्र 14 : धातु में microstructure की SEM छवि-सिरेमिक सामग्री संयुक्त दिखा इंटरफेस । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

परिणाम बताते है कि एक होनहार दृष्टिकोण को धातु का निर्माण-सिरेमिक कंपोजिट एक घटक में विद्युत प्रवाहकीय और बिजली के अलग गुण पैदा FFF का उपयोग कर । इसके अलावा, धातु के वातावरण में सिरेमिक पार्ट्स के कार्यांवयन के अच्छे सामग्री बांड और स्टेनलेस स्टील के वेल्डर के कारण संभव हो जाता है । यूरोपीय संघ के भीतर, परियोजना हीटिंग उपकरणों एक विद्युत प्रवाहकीय एक गैर में स्टेनलेस स्टील के बने मार्ग से युक्त FFF द्वारा निर्मित थे-प्रवाहकीय ZrO2 मैट्रिक्स । चित्रा 15 sintered नमूनों से पता चलता है. इन बहु-सामग्री घटकों का विश्लेषण और भविष्य में परीक्षण किया जाना चाहिए ।

Figure 15
चित्र 15 : Sintered हीटिंग तत्वों zirconia और स्टेनलेस स्टील के बने कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

चित्रा 16 और चित्रा 17 दो FFF के साथ नए प्रिंट सिर शो-मुद्रण प्रमुखों और दो T3DP-सीएडी मॉडल (आंकड़ा 16) के रूप में के रूप में अच्छी तरह के रूप में FFF डिवाइस में कार्यांवित (17 अंक) के रूप में मुद्रण सिर । एक चुनौती दोनों प्रणालियों के लिए उत्पादन का नियंत्रण है । सूक्ष्म वितरण इकाइयों के लिए, उत्पादन FFF-मुद्रण प्रमुखों के भीतर बेल्ट ड्राइव के लिए एक पीजो चालित पिस्टन के बजाय stepper मोटर्स गति की आवृत्ति से नियंत्रित किया जाता है । दोनों उपकरणों की बातचीत भविष्य में परीक्षण किया जाना चाहिए ।

Figure 16
चित्र 16 : दो FFF-मुद्रण प्रमुखों और दो T3DP-मुद्रण प्रमुखों के साथ नए प्रिंट सिर के सीएडी मॉडल । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 17
चित्र 17 : दो FFF-मुद्रण प्रमुखों और एक T3DP-मुद्रण सिर के साथ नए प्रिंट सिर की छवि (बाएं) । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Discussion

zirconia और स्टेनलेस स्टील यहां इस्तेमाल किया धातु के सह sintering के लिए बहुत उपयुक्त हैं, क्योंकि तुलनीय CTE, sintering तापमान, और sintering वातावरण की सिरेमिक घटकों । zirconia और स्टेनलेस स्टील टाक के sintering व्यवहार को स्टेनलेस स्टील पाउडर के उपचार द्वारा समायोजित किया जा सकता है (9 अंक) सफलतापूर्वक । उल्लेखित सामग्रियों और विधियों का उपयोग करके, पहली बार FFF द्वारा macroscopic दोष-मुक्त भागों का निर्माण संभव है । लेखकों के ज्ञान के लिए, कोई अंय तुलनीय AM विधि T3DP19,20के अलावा इस तरह के भागों का निर्माण करने के लिए जाना जाता है । धातु सिरेमिक घटकों के लिए एक आवेदन चित्रा 17में दिखाया गया है, जो एक अलग zirconia मैट्रिक्स में एक विद्युत आयोजन looped स्टेनलेस स्टील के साथ एक हीटिंग तत्व है ।

धातु और सिरेमिक घटकों के FFF के लिए प्रमुख चुनौतियों में से एक उच्च ठोस सामग्री के कारण रेशा की कठोरता और भंगुरता की नाटकीय वृद्धि हुई है । इसलिए, सही बांधने घटकों के चयन परियोजना की सफलता के लिए एक महत्वपूर्ण कारक था । इसके अलावा, शक्ति और रेशा की लचीलापन एक उच्च कतरनी मिश्रण तकनीक (चित्रा 7) के उपयोग से सुधार किया जा सकता है । 28अत्यधिक भर प्रणालियों के साथ पिछले अध्ययनों के अनुसार, यह सुधार एक बेहतर पाउडर फैलाव और agglomerates29,30की कमी के कारण हो सकता है ।

जांच और बाहर निकालना के समायोजन, खींच और रेशा उत्पादन प्रक्रिया के दौरान स्पूलिंग गति उचित आयामों के साथ अत्यधिक कण-भरे रेशा के उत्पादन की अनुमति दी । बाहर निकालना मशीन के रूप में के रूप में अच्छी तरह से ठंडा उपकरणों के उपयोग के भीतर तापमान वितरण की तरह अंय मापदंडों काफी रेशा गुणवत्ता को प्रभावित किया और ध्यान से चुना गया ।

दोनों रेशा सफलतापूर्वक FFF-डिवाइस में संसाधित किए गए थे । टाक के बीच आसंजन को हरित प्रदेश (चित्रा 7-9) में बहुत अच्छा पाया गया । केवल कुछ छोटे infill खंड दिखाई दे रहे थे, जो आम तौर पर कला FFF प्रक्रिया (चित्रा 13) के एक राज्य के लिए कर रहे हैं । थर्माप्लास्टिक सामग्री के साथ इन महत्वपूर्ण संस्करणों को बंद करने के लिए, FFF-डिवाइस दो सूक्ष्म वितरण T3DP18,19,20,31,३२से जाना जाता इकाइयों से सुसज्जित किया गया था, जो एकल बूंदों के जमाव को अपर्याप्त भरी मात्रा के साथ-साथ महीन संरचनाओं के विनिर्माण (आंकड़ा 14 और 15) को बंद करने की अनुमति दें ।

भाग जटिलता या संकल्प के ज्यामितीय प्रतिबंध जोरदार प्रिंटर सेटअप निरंतर सामग्री प्रवाह के रूप में के रूप में अच्छी तरह से इस्तेमाल की टुकड़ा करने की क्रिया सॉफ्टवेयर पर निर्भर हैं । डिजाइन नियमों और परिणामी भाग उपस्थिति प्लास्टिक के FFF का उपयोग करने के लिए समान होने के लिए सबसे अधिक पाया जाता है ।

Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस परियोजना को यूरोपीय संघ के क्षितिज २०२० अनुसंधान और नवाचार कार्यक्रम अनुदान समझौते सं ६७८५०३ के तहत से धन प्राप्त हुआ है ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Zirconia TZ-3YS-E  Tosoh, Europe B.V.
Stainless steel UNS17400 -38 µm Sandvik Osprey Ltd.
Table of Devices and Software
slicing software Simplify 3D Simplify 3D, USA
roller rotors mixer Plasti-Corder PL2000 Brabender GmbH & Co. KG, Germany
3D printer model Ceram HAGE, Austria
cutting mill SM200 Retsch Gmbh  Germany
corotating extruder ZSE 18 HP-48D Leistrutz Extrusionstechnik GmbH, Germany
laser measurementdevice Diagnostic Laser 2010 SIKORA AG, Germany
capillary rheometer Rheograph 2002 Göttfert Werkstoff-Prüfmaschinen GmbH, Germany
single screw extruder FT-E20T-MP-IS Dr. Collin GmbH, Germany
tungsten furnace Hochtemperatur-Wolframofen WOHV 250/300-1900V MUT Advanced Heating GmbH
debinding furnace Retorten-Entbinderungsofen RRO 280 / 300-900V MUT Advanced Heating GmbH
attrition mill PE 1.4 Erich NETZSCH GmbH & Co. Holding KG, Germany
PBM (planetary ball mill) PM 400 Retsch Gmbh, Germany

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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