Здесь мы описываем протокол для аддитивно Изготовление черно-белых циркония компоненты термопластичных 3D-печати (CerAM – T3DP) и совместно спекания дефектов.
Чтобы объединить выгоды от производства добавка (AM) с преимуществами функционально градуированные материалы (КЖО) на керамической основе 4D компонентов (три измерения геометрии и одна степень свободы, относительно свойства материала в каждой позиции) Термопластичные 3D-печати (CerAM – T3DP) была разработана. Это прямой AM технология, которая позволяет утра мульти материальных компонентов. Чтобы продемонстрировать преимущества этой технологии компонентов черно-белые циркония аддитивно изготовлены и совместно спеченные дефектов.
Две разные пары черно-белые Цирконий порошки были использованы для подготовки различных термопластичных суспензий. Соответствующие параметры выдачи были расследованы производить компоненты теста сингл материал и приспособлены для аддитивного производства компонентов многоцветные циркония.
Функционально градуированные материалы (КЖО) являются материалов с различными свойствами относительно переходы в микроструктуры или материала1. Эти переходы могут быть дискретными или непрерывными. Различные виды КЖПО, как известно, как компоненты с материала градиенты, градуированных пористость, а также разноцветные компонентов.
FGM-компоненты могут быть изготовлены путем одного обычного формирования технологий2,3,4,5,6,7 или сочетание этих технологий, для Например, в процессе формования маркировки как сочетание ленты литья и литья8,9.
Аддитивные производства (AM) позволяет для производства компонентов с пока беспрецедентной свободой дизайна. Это считается состояние искусства, формировании технологии металлов и полимеров. Первые коммерческие процессы для обработки керамики доступны10, и почти все известные AM технологии используются для AM керамики в лабораториях по всему миру11,12,13.
Чтобы объединить преимущества утра с преимущества КЖО на керамической основе 4D компонентов (три измерения геометрии и одна степень свободы, относительно свойства материала в каждой позиции) термопластичных 3D-печати (CerAM – T3DP) был разработан в Fraunhofer ИКЦ в Дрездене, Германия, как технология direct AM. Это позволяет AM компоненты различных материалов14,,1516,17. CerAM – T3DP на основе избирательного осаждения одной капли частиц заполнены термопластичных суспензий. Используя несколько дозирующие системы, различных термопластичных подвески могут быть зачислены рядом друг с другом слоя для получения массового материала, а также свойства градиенты в пределах аддитивно выпускаемой зеленые компоненты18. В отличие от косвенных AM процессов, в которых ранее депонируемые материалы затвердеть выборочно через весь слой, CerAM – T3DP процесс не требует дополнительных усилий удаления не затвердевших материала до осаждения следующего материала, что делает его более подходящим для утра мульти материальных компонентов.
Хотя использование CerAM – T3DP процесс позволяет AM КЖО и реализации на керамической основе компонентов с беспрецедентной свойствами, существуют проблемы преодолеть относительно необходимой термической обработки после процесса AM, чтобы получить мульти материала композита. В частности парных порошков в композитный материал нужно быть успешно совместно спеченные, для которого спекания компонентов должна выполняться на том же температуры и атмосферы. Таким образом это является необходимым условием для всех материалов иметь сопоставимые температуры спекания и поведение (начиная с температуры спекания, поведение усадки). Для того, чтобы избежать механического стресса во время охлаждения, коэффициент теплового расширения всех материалов должно быть примерно равно11.
Комбинация материалов с различными свойствами в одном компоненте открывает двери для компонентов с беспрецедентной свойствами для многочисленных приложений. Например из нержавеющей стали цирконий композиты могут использоваться как режущие инструменты, износостойких компонентов, энергетики и топливных компонентов или биполярного хирургические инструменты19,20,21,22, 23,24. Такие компоненты могут быть реализованы путем CerAM – T3DP14,,1516,17, тоже, после корректировки поведения спекания процесс фрезерные специальные16.
На керамической основе КЖО с градуированной пористость как плотных и пористых циркония сочетают очень хорошие механические свойства в условиях плотной застройки с высокой активной поверхности пористой районов. Такие как компоненты могут быть аддитивно изготовлены CerAM – T3DP18.
В этой статье мы исследуем AM циркония компонентов с двух разных цветов в одном компоненте, CerAM – T3DP. Мы выбрали белый и черный цирконий, потому что это сочетание в одной керамической составляющей интересен для украшения приложений. Спрос индивидуальной роскоши является очень высоким и продолжает расти. Технологии, которые позволяют AM на керамической основе компонентов мульти материала с высоким разрешением и очень хорошие свойства поверхности позволит удовлетворить этот спрос. Керамика, как цирконий используются, например, производить часы компонентов как часы дела и обрамление или кольца из-за специальных тактильной обратной связи, взгляд, твердости и меньший вес по сравнению с металлами.
Характеристика реологических поведение расплавленный подвеска скоростью высокого сдвига до 5000/s необходим после оценки условий в рамках используемых микро дозирования систем (геометрии поршня и сопло камеры, скорость поршня) показал, что показатели сдвига 5000/сек и выше генерируются в систему дозирования во время процесса осаждения25микро.
Исследование параметров печати должно быть сделано для помощи с калибровкой Диспенсер для изготовления компонентов мульти материала. Влияние параметров распылитель на свойства материалов был обсужден в25. Значение параметра границы были отсрочку только эмпирически. Опыт показывает, что вариативность в капли цепи высота и ширина не должна превышать 3%. Диаметр различия до 100 мкм и высота различия до 50 мкм могут быть компенсированы параметров импульса, капелька фьюжн фактор (ДФФ) и ширина экструзии (нарезки параметр).
Это имеет решающее значение для процесса печати, что высоты слоя различных материалов настраиваются друг с другом, изменяя расстояние между одной капли, так как это приведет к неравномерности в пределах слоя, если высот различных материалов не совпадают. Неровности приводит к большим дефектов и дефектных компонентов. За счет уменьшения расстояния между двумя каплями и связанные большего совпадения, ширина и высота капелька цепи увеличивается за счет почти постоянный объем одной капли. Можно отметить, что ширина цепи капли увеличивается быстрее, чем высота цепи капли. Это не является необходимым и вероятно не представляется возможным осуществить идеальными формами полушарий как одной капли, но вы должны убедиться, определяя установку параметров, что однородность формирования капли очень высока, чтобы гарантировать однородное дозирование Построение компонентов.
Измерения на 85 ° C имитирует реологических поведение суспензий в кормления картридж микро системой дозирования. Выше 90 ° C разложение компонентов связующего начинается (рис. 7). Все подвески Показать почти аналогичное поведение. Температура используется сопло микро дозирующие системы была 100 ° C. Эта температура способствует формированию капель из-за низкой вязкости, вызванные увеличения температуры суспензии во время прохождения сопла. Из-за короткой выдержки времени суспензий в сопло при этой температуре разложения является не влияющие на поведение материала значительно.
Многоцветные компоненты могут спеченные почти дефектов, но для циркония черный – 2 и цирконий белый – 2 порошки, цвет белый фазы превратился в розовый. Причиной для изменения цвета являются диффузионных процессов между различными материалами при спекании. Это только эффект на поверхности и могут быть удалены путем измельчения шаг. Но это очень сложным для сложных структур, сделанные AM технологий.
В рамках компонентов многоцветные, плоские и переплетаются границы интерфейсов разработан между двумя различными составами. Таким образом независимо от того, падение прыгните осаждения материала, расположение различных микроструктур может быть реализована очень точно. Кроме того капелька форма может быть использована для увеличить границы интерфейс между двумя материалами. Пока были произведены только дискретные материала переходы. Будущие исследования также может включать производство постепенного изменения между материалами.
The authors have nothing to disclose.
Этот проект получил финансирование от Европейского союза Horizon 2020 исследовательской и инновационной программы под Грант соглашение No 678503.
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 |