यह पांडुलिपि एकल कार्यात्मक सिरेमिक घटकों के प्रसंस्करण का वर्णन करती है (जैसे, घने-छिद्र वाली संरचनाओं के संयोजन) additive stereolithography द्वारा निर्मित ।
एक additive विनिर्माण प्रौद्योगिकी को कार्यात्मक रूप से वर्गीकृत सिरेमिक पार्ट्स प्राप्त करने के लिए लागू किया जाता है । इस प्रौद्योगिकी, डिजिटल प्रकाश प्रसंस्करण पर आधारित/stereolithography, CerAMfacturing यूरोपीय अनुसंधान परियोजना के दायरे के भीतर विकसित की है । एक त्रि-आयामी (3-डी) hemi-दाढ़ की हड्डी की अस्थि-संरचना की तरह 3-डी कस्टम एल्यूमीनियम ऑक्साइड बहुलक मिश्रण का उपयोग कर मुद्रित है । पाउडर और मिश्रण पूरी तरह से rheological व्यवहार के मामले में विश्लेषण कर रहे है ताकि मुद्रण प्रक्रिया के दौरान उचित सामग्री हैंडलिंग सुनिश्चित करने के लिए । संभावना कार्यात्मक वर्गीकृत Admaflex प्रौद्योगिकी का उपयोग कर सामग्री मुद्रित करने के लिए इस दस्तावेज़ में समझाया गया है । फील्ड-उत्सर्जन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (FESEM) बताते हैं कि sintered एल्यूमीनियम ऑक्साइड सिरेमिक हिस्सा एक porosity से कम 1% है और मूल स्तरित संरचना के कोई शेष नहीं विश्लेषण के बाद पाया जाता है ।
उच्च परिसर में तकनीकी चीनी मिट्टी के कई औद्योगिक क्षेत्रों सहित आवेदन के लगभग हर क्षेत्र में मांग में तेजी से कर रहे हैं । मानव स्वास्थ्य देखभाल के क्षेत्र में प्रत्येक रोगी के लिए उत्पादों की वैयक्तिकरण की आसानी का एक परिणाम के रूप में अधिक से अधिक आवेदन पाता है । पिछले दशक में, additive विनिर्माण व्यक्तिगत चिकित्सा उपचार के विकल्प में इजाफा किया है ।
Additive विनिर्माण (AM) एक प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी है कि एक कंप्यूटर के अनुवाद की अनुमति देता है, सामग्री के अलावा अनुक्रम द्वारा एक भौतिक उत्पाद में 3 डी मॉडल उत्पंन । सामांय में, 2 की एक श्रृंखला-डी परतें एक स्टैक है कि एक 3 में परिणाम-डी आकार, एक के साथ घटकों के उत्पादन की अनुमति, अब तक, डिजाइन की अभूतपूर्व स्वतंत्रता । यह बहुलक और धातुओं के लिए राज्य के अत्याधुनिक तकनीक को आकार देने के लिए माना जाता है । पहले सिरेमिक प्रसंस्करण के लिए औद्योगिक प्रौद्योगिकियों उपलब्ध है1,2, और लगभग सभी ज्ञात हूं प्रौद्योगिकियों के लिए इस्तेमाल कर रहे है एकल सामग्री चीनी मिट्टी की चीज़ें प्रयोगशालाओं में सभी दुनिया भर में3,4, 5. AM, विशेष रूप से stereolithography, 1980 के दशक में शुरू हुआ और6पतवार द्वारा विकसित किया गया था । विभिंन विनिर्माण दृष्टिकोण और सामग्री उत्पाद संपत्तियों की एक किस्म के लिए सीसा, इस तरह के आकार, किसी न किसी, या यांत्रिक गुणों के रूप में । सभी additive विनिर्माण तकनीक दो समूहों में वर्गीकृत किया जा सकता है: प्रत्यक्ष additive विनिर्माण प्रौद्योगिकियों5, जो सामग्री के चुनिंदा जमाव के आधार पर कर रहे है (जैसे, प्रत्यक्ष Inkjet की तरह सामग्री jetting प्रक्रियाओं मुद्रण या थर्माप्लास्टिक 3-डी मुद्रण [T3DP])7,8,9,10, और अप्रत्यक्ष additive विनिर्माण प्रौद्योगिकियों, जो सामग्री के चयनात्मक समेकन पर आधारित है जो पूरी परत पर जमा है (जैसे, सिरेमिक stereolithography [SLA]) ।
जटिलता और नए अनुप्रयोगों की तत्परता के एक सुधार की मांग कर रहा हूं चीनी मिट्टी प्रसंस्करण प्रौद्योगिकियों । उदाहरण के लिए, विशेष नवीन औद्योगिक या चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए बहुत ही घटक है, जो कार्यात्मक वर्गीकृत सामग्री (FGMs) की ओर जाता है भीतर विभिंन गुणों को शामिल किया है । इन सामग्रियों में microstructure या सामग्री11में संक्रमण के विषय में गुणों की एक किस्म शामिल हैं । ये संक्रमण असतत या निरंतर हो सकता है । विभिन्न प्रकार के FGMs जाने जाते हैं, जैसे सामग्री ग्रेडिएंट या वर्गीकृत porosity के साथ-साथ बहु-रंग के घटक. खात्मा घटकों एकल पारंपरिक आकार देने प्रौद्योगिकियों द्वारा निर्मित किया जा सकता है12,13,14,15,16,17 या इन प्रौद्योगिकियों के एक संयोजन के द्वारा, उदाहरण के लिए, में-मोल्ड लेबलिंग के रूप में टेप कास्टिंग और इंजेक्शन मोल्डिंग का एक संयोजन के रूप में18,19।
के लाभों के साथ हूं गठबंधन करने के लिए FGMs के लाभ सिरेमिक-आधारित 4-डी घटकों20 (ज्यामिति के लिए तीन आयामों और प्रत्येक स्थिति में सामग्री संपत्तियों के विषय में स्वतंत्रता के एक डिग्री), Admatec यूरोप विकसित किया है एक stereolithography-आधारित 3-डी मुद्रण डिवाइस “CerAMfacturing” के भीतर बहु-कार्यात्मक या बहु-सामग्री घटकों के AM के लिए यूरोपीय अनुसंधान परियोजना ।
खात्मा घटकों के लिए अनुकूलित प्रौद्योगिकी एक stereolithography आधारित दृष्टिकोण है कि एक डिजिटल micromirror डिवाइस चिप (DMD) युक्त प्रकाश स्रोत के रूप में एक डिजिटल लाइट प्रोसेसर (DLP) रोजगार, एक राल जो अलग पाउडर के साथ मिलाया जा सकता polymerize के लिए इस्तेमाल किया जाता है । DMD चिप कई सौ हजार सूक्ष्म दर्पण की एक सरणी है, जो छवि में पिक्सल के अनुरूप प्रदर्शित होने के लिए । पिक्सेल की एक ऑन-ऑफ स्थिति सेट करने के लिए दर्पण को व्यक्तिगत रूप से घुमाया जा सकता है । सबसे अधिक कार्यरत रेजिन acrylate और/या urethane मोनोमर के मिश्रण पर आधारित हैं । इन मिश्रण में, हम भी अंय additives पाया, जैसे प्रकाश अवशोषित photoinitiator अणुओं और रंजक । राल मिश्रण आमतौर पर एक कंटेनर या स्नान में डाला जाता है, भी वैट कहा जाता है । बहुलकीकरण एक photoinitiator अणु की प्रतिक्रिया से प्रेरित है (PI), प्रकाश DMD चिप द्वारा उत्पंन फोटॉनों के साथ । अलग राल मोनोमर संरचनाओं अलग बहुलकीकरण दरों, संकोचन, और अंतिम संरचना में परिणाम हो सकता है । उदाहरण के लिए, monofunctional मोनोमर बनाम polyfunctional मोनोमर के उपयोग के पार में एक प्रभाव है, बहुलक नेटवर्क के जोड़ने ।
एक सबसे महत्वपूर्ण मानकों के खाते में सिरेमिक SLA के साथ लेने के लिए प्रकाश बिखरने का उत्पादन किया है जब प्रकाश (फोटॉनों) विभिंन सामग्रियों के माध्यम से ट्रैवर्सल प्रभाव है । यह बहुत प्रभावित है; इस मामले में, रेजिन एक निलंबन या घोल उत्पन्न करने के लिए पाउडर की एक राशि के साथ संयुक्त कर रहे हैं । घोल है, तो, सामग्री है कि प्रकाश के लिए एक अलग अपवर्तन सूचकांक वर्तमान से बना । राल और पाउडर के अपवर्तन सूचकांक मूल्यों के बीच एक बड़ा अंतर परतों की आयामी सटीकता को प्रभावित करता है, बहुलकीकरण दरों, और कुल प्रकाश खुराक बहुलकीकरण प्रतिक्रिया को ट्रिगर करने के लिए. जब प्रकाश निलंबन में प्रवेश करती है, पाउडर कणों (यानी, चीनी मिट्टी, धातु, या अंय पॉलिमर) प्रकाश पथ diffract । यह प्रभाव (विकिरणित) फोटॉनों के मूल पथ में परिवर्तन लाती है । यदि फोटॉनों जोखिम दिशा के लिए एक पथ परोक्ष है, वे एक स्थान है कि मूल दिशा में आड़ा जा सकता है में एक बहुलकीकरण प्रतिक्रिया उत्पंन कर सकते हैं । जब ठीक घोल के क्षेत्र उजागर क्षेत्र से बड़ा है इस घटना को अधिक जोखिम में परिणाम है । इसी तरह, यह के तहत बेनकाब होगा, जब ठीक घोल परत मूल रूप से उजागर क्षेत्र से छोटा है ।
पांडुलिपि के भीतर, एक घने और macroporous संरचना के संयोजन एल्यूमिना घटकों के लिए अनुसंधान, Admaflex प्रौद्योगिकी का उपयोग करके एहसास हुआ, वर्णन किया गया है । के रूप में “CerAMfacturing” यूरोपीय अनुसंधान परियोजना में बताया गया है, का खात्मा सिरेमिक पार्ट्स का उत्पादन एक उच्च संकल्प और अच्छी सतह संपत्तियों की मांग अनुप्रयोगों को पूरा करने की आवश्यकता है । DLP stereolithographic प्रौद्योगिकियों, जैसे यहां वर्णित एक के रूप में, शोधकर्ताओं ने ऐसी चीनी मिट्टी आधारित प्राप्त करने के लिए, पूरी तरह कार्यात्मक घटकों की अनुमति देता है ।
चिकित्सा प्रत्यारोपण के लिए, कच्चे माल के लिए उच्च शुद्धता का होना है, आदर्श रूप में ९९.९% और अधिक । इस प्रोजेक्ट में, एक गैर-वाणिज्यिक एल्यूमिना पाउडर के साथ एक संकीर्ण कण आकार वितरण, एक औसत कण आकार < ०.५ µm, और लगभग 7 m2/g की एक विशिष्ट सतह का उपयोग किया जाता है । वैकल्पिक रूप से, यह भी वाणिज्यिक सामग्री रचनाओं का उपयोग करने के लिए संभव है ।
आदेश में इन विशेष रूप से सिरेमिक slurries के लिए सबसे उपयुक्त हैंडलिंग शर्तों को प्राप्त करने के लिए, aforementioned मुद्रण प्रौद्योगिकी का उपयोग करें । इस प्रौद्योगिकी एक परिवहन पंनी प्रणाली है कि एक जलाशय से छपाई क्षेत्र के घोल वहन के साथ सुसज्जित है । मुद्रण क्षेत्र तल पर एक पारदर्शी कांच की सतह से बना है, जिसके तहत वहां एक प्रकाश स्रोत है कि परियोजनाओं कटा हुआ परतों है । मुद्रण क्षेत्र के शीर्ष पर, वहाँ एक इमारत मंच है कि खड़ी ऊपर और नीचे एक जेड अक्ष स्लाइड के लिए धन्यवाद स्थानांतरित कर सकते हैं. उत्पाद, फिर, मुद्रण क्षेत्र के ऊपर, वैक्यूम चूषण द्वारा संलग्न किया जा सकता है कि धातु मुद्रण प्लेट की सतह पर लटकी हुई है । अप्रयुक्त घोल तो एक वाइपर द्वारा एकत्र की है, जीर्णोद्वार, और मूल जलाशय में वापस पंप, इस प्रकार एक बंद सर्किट जो शोधकर्ताओं घोल कि 3 डी मॉडल के निर्माण के लिए भस्म नहीं था पुनः प्रयोग करने की अनुमति देता है बनाने । विभिन्न सॉफ्टवेयर मापदंडों अलग घोल रचनाओं और सिरेमिक भराव के लिए प्रक्रिया को अनुकूलित करने के क्रम में बदला जा सकता है । प्रिंटर नियंत्रित प्रकाश, तापमान, और आर्द्रता सेटिंग्स के साथ एक कमरे में रखा जाना चाहिए । कमरे के बाहर प्रकाश के लिए एक यूवी फिल्टर के साथ सुसज्जित किया जाना चाहिए; इसके अलावा, यह लगभग 20-24 डिग्री सेल्सियस और ४०% से नीचे एक रिश्तेदार आर्द्रता के तापमान की सिफारिश की है । FESEM इमेजिंग आपूर्तिकर्ता द्वारा सैद्धांतिक ०.४५-µm एल्यूमिना सामग्री विश्लेषण की तुलना में deagglomeration के बाद एल्यूमिना चूर्ण का एक स्पष्ट बड़ा औसत कण आकार दिखाता है । यह ढेर के संदर्भ में समझाया जा सकता है । सुखाने के दौरान, deagglomeration कदम के बाद, कणों फिर से agglomerate, के रूप में चित्रा 1 डीमें देखा । निलंबन की तैयारी के दौरान पुनः agglomerated कणों को सतह functionalization कदम की बदौलत फैलाया जा सकता है. एक छोटे स्पष्ट कण आकार चित्रा 3में घोल के FESEM इमेजिंग में देखा जा सकता है ।
rheological व्यवहार के विषय में, सिरेमिक SLA प्रौद्योगिकी (जैसे, Admaflex प्रौद्योगिकी) के लिए एक आदर्श घोल एक कतरनी व्यवहार thinning होना चाहिए (यानी, उच्च कतरनी दरों पर गतिशील चिपचिपापन कम) । एक वितरण इकाई के भीतर पंनी या उपयोग का समर्थन पर एक इष्टतम कलाकारों के लिए, गतिशील चिपचिपापन कम कतरनी दरों पर एक आदर्श सीमा पर रखा जाना चाहिए । कम कतरनी दरों पर बहुत उच्च गतिशील चिपचिपापन के मामले में, २०० µm की एक घोल परत की ढलाई के लिए डॉक्टर ब्लेड के नीचे अंतर को भरने के प्रवाह की कमी से प्रभावित हो सकता है । गतिशील चिपचिपापन यह बहुत कम है, तो निलंबन खुद के द्वारा ब्लेड या प्राकृतिक प्रवाह (गुरुत्वाकर्षण) के कारण समर्थन पंनी से दूर नीचे जलाशय से प्रवाह हो सकता है । सभी की जांच की निलंबन के लिए, गतिशील चिपचिपापन एक बढ़ती कतरनी दर के साथ कम हो जाती है । इष्टतम निलंबन प्रवाह व्यवहार संरचना 1 (चित्रा 2) द्वारा दिया जाता है । घोल रचना में विभिन्न परिवर्तन निलंबन के rheological व्यवहार को प्रभावित करते हैं । आवश्यक रेंज में एक कम गतिशील चिपचिपापन के साथ इष्टतम प्रवाह व्यवहार निलंबन यौगिक 1 द्वारा प्राप्त किया गया था । पाउडर सामग्री या फैलाव एजेंट (यौगिक 2) की एक गैर इष्टतम सामग्री की वृद्धि और बांधने की मशीन-crosslinker अनुपात की एक उच्च मात्रा का उपयोग करते हुए बहुआयामी crosslinker का एक परिवर्तन (संरचना 3) गतिशील चिपचिपापन की वृद्धि करने के लिए नेतृत्व किया, प्रक्रिया के लिए हितकर है । यदि पाउडर सामग्री कम है, एक साथ बहुआयामी crosslinker के एक कम सामग्री के साथ और संयोजन में dispersing एजेंट (संरचना 4) के एक गैर-इष्टतम सामग्री के साथ, गतिशील चिपचिपापन दृढ़ता से कम है, संभवतः एक अस्थिर करने के लिए अग्रणी निलंबन.
प्रकाश विकिरण पर slurries के भंडारण मापांक G ´ में परिवर्तन निलंबन के इलाज के व्यवहार के बारे में अधिक जानने के लिए मदद कर सकते हैं । यह प्रिंटिंग डिवाइस पर ही इलाज की गहराई पर प्रयोगात्मक परीक्षणों से पूरित है । अलग इलाज समय पर इलाज व्यवहार एक इष्टतम rheological व्यवहार के साथ एक एल्यूमिना निलंबन के लिए विशेषता थी । इलाज शुरू होने से पहले, निलंबन जी ´ का एक निंन स्तर दिखाता है और १०० फिलीस्तीनी अथॉरिटी के नीचे मूल्यों को प्रस्तुत करता है । जब इलाज शुरू होता है, photoreactive ऑर्गेनिक्स के एक बहुलकीकरण एक उच्च स्तर के लिए जी ´ की वृद्धि से आस्थगित किया जा सकता है । एक बढ़ती इलाज समय के साथ, जी ´ की ढलान 105 से 107 फिलीस्तीनी अथॉरिटी जो संरचना पर निर्भर करता है की एक सीमा में एक अधिकतम करने के लिए बढ़ जाती है । 1 के एक इलाज के समय 106 फिलीस्तीनी अथॉरिटी, जो एक ंयूनतम आवश्यक शक्ति के लिए पर्याप्त नहीं है नीचे एक अंतिम जी ´ के लिए नेतृत्व किया । एक बढ़ती इलाज समय के साथ, अधिक ऊर्जा (फोटॉनों) निलंबन है, जो रूपांतरण की एक तेज और उच्च डिग्री (उच्च ढलान) के एक परिणाम के रूप में एक उच्च जी ´ की ओर जाता है की आपूर्ति की है । विकसित एल्यूमिना निलंबन के लिए इष्टतम इलाज का समय 2 से 3 एस की श्रेणी में होना चाहिए । 4 एस के एक इलाज के समय के साथ, जी ´ के अंतिम स्तर और इलाज ढलान बड़े मूल्यों, 2 x 106 Pa ऊपर है । रूपांतरण लगभग पूरा हो गया है और लगभग कोई खरीद पॉलिमर मौजूद है । इसके अलावा ऊर्जा की आपूर्ति घोल और बहुलक के एक अत्यधिक कठोर, एक भंगुर संरचना है जो इमारत मंच के साथ उत्पाद के लगाव पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ता है में जिसके परिणामस्वरूप के इलाज में परिणाम हो सकता है ।
इस पांडुलिपि के लिए चुना एकल खात्मा परीक्षण घटक एक hemi-दाढ़ की हड्डी प्रत्यारोपण संरचना है कि एक घने बाहरी कवच और एक छिद्रित अस्थि की तरह केंद्रीय कोर, के रूप में चित्रा 5में देखा जा सकता है शामिल है । यह मॉडल additived और sintered दोष मुक्त हो सकता है, के रूप में FESEM इमेजिंग द्वारा देखा । ठीक संरचनाओं और दीवार की मोटाई (कम से ०.१ मिमी) महसूस किया जा सकता है और sintering के दौरान कोई स्पष्ट विकृति हुई । यह पाया गया कि एकल एल्यूमिना अवयव का microstructure sintering तापक्रम पर एल्यूमिना के सिरेमिक प्रसंस्करण के लिए विशिष्ट होता है, जो कि सजातीय अनाज के आकार का होता है । थोक क्षेत्रों में porosity बहुत कम है ( ९९%, सैद्धांतिक घनत्व की तुलना में, प्राप्त किया गया था ।
The authors have nothing to disclose.
इस परियोजना अनुदान समझौते सं ६७८५०३ के तहत यूरोपीय संघ के क्षितिज २०२० अनुसंधान और नवाचार कार्यक्रम से धन प्राप्त हुआ है ।
Taimicron (TM-100D) | Taimei Chemicals Co Ltd., Japan | … | alumina (commercial) |
BYK LP C22124 | BYK-Chemie GmbH, Germany | … | dispersant |
Mastersizer 2000 | Malvern Instruments Ltd., United Kingdom | … | laser diffractometer |
TriStar 3000 | Micromeritics Instrument Corp., USA | … | adsorption/desorption |
Pulverisette 5/4 classic line | Fritsch GmbH, Germany | … | planetary ball mill |
Thinky ARV-310 | C3-Prozesstechnik, Germany | … | high-speed planetary ball mill |
Modular Compact Rheometer MCR 302 | Anton Paar, Graz, Austria | … | rheometer |
UV-LED Smart | Opsytec Dr. Gröbel GmbH, Germany | blue LED | |
prototype | Admatec, Netherland | … | Admaflex |
NA120/45 | Nabertherm, Germany | … | debinding furnace |
LH 15/12 | Nabertherm, Germany | … | sintering furnace |
Gemini 982 | Zeiss, Germany | … | FESEM |