تنصهر هذه الدراسة (أنا) يظهر متعدد المواد المضافة التصنيع باستخدام خيوط تلفيق (FFF) الفولاذ المقاوم للصدأ والزركونيا.
السيراميك التقني تستخدم على نطاق واسع للتطبيقات الصناعية والبحثية، وكذلك على السلع الاستهلاكية. اليوم، يتزايد الطلب على هندستها المعقدة مع خيارات التخصيص المتنوعة وأساليب الإنتاج مواتية بشكل مستمر. مع تصنيع خيوط تنصهر (FFF)، من الممكن لإنتاج المكونات الكبيرة والمعقدة بسرعة مع ارتفاع كفاءة استخدام المواد. في الاتحاد الفرنسي، ذاب في فوهة ساخنة خيوط اللدائن مستمرة وأودعت أدناه. يتم نقل رأس الطباعة بالكمبيوتر التي تسيطر عليها من أجل بناء الشكل المطلوب طبقة بعد طبقة. التحقيقات المتعلقة بطباعة معادن أو السيراميك تتزايد أكثر فأكثر في البحث والصناعة. وتركز هذه الدراسة على التصنيع المضافة (AM) مع نهج مادية متعددة للجمع بين معدن (الفولاذ المقاوم للصدأ) سيراميك تقنية (زركونيا: زرو2). ويوفر الجمع بين هذه المواد مجموعة متنوعة واسعة من التطبيقات نظراً لخصائصها الكهربائية والميكانيكية المختلفة. تبين الورقة القضايا الرئيسية في إعداد المواد وكمادة وسيطة، وتطوير الأجهزة، والطباعة لهذه المركبة.
وفقا ISO/ASTM، المضافة التحويلية (ص) هو المصطلح العام للتكنولوجيات التي تنشئ الكائنات المادية استناداً إلى تمثيل هندسية بالإضافة المتعاقبة ل المواد1. وبالتالي، توفر هذه التكنولوجيات إمكانية تصنيع المكونات مع هندسة معقدة للغاية، التي لا يمكن أن يتحقق بأي أسلوب تشكيل الأخرى المعروفة للكتاب.
وقد درست مواد السيراميك منذ الإسراع بتطوير تكنولوجيات صباحا مختلفة في الماضي ربع قرن2،3؛ ومع ذلك، المضافة تصنيع مكونات السيراميك ليس أحدث خلافا لتصنيع مكونات البوليمر أو المعادن المضافة. وتقدم عدة نظرات عامة حول الساعة التكنولوجيات المستخدمة لمكونات السيراميك شارتييه et al. 4, ترافيتزكي et al. 5 وزوتشى et al. 6، التي يمكن أن تصنف وفقا لحالة المواد المستخدمة-مسحوق المواد والمواد السائلة والمواد الصلبة4،5 أو وفقا للنوع من ترسب المواد والتصلب6 . تتوفر أجهزة صباحا أن السماح بتصنيع مكونات السيراميك كثيفة وعالية الجودة مع الخصائص المطلوبة ل معظم تطبيقات7،،،من89،10 المضافة , 11.
إنتاج مكونات السيراميك يتطلب معالجة معقدة، وهذا قد توقف التقدم في الساعة السيراميك. ومع ذلك، مكونات السيراميك لا غنى عنها للسلع الاستهلاكية الخاصة والأجهزة الطبية، وصباحاً يفتح آفاقاً جديدة لتصنيع مكونات الرواية مع الهندسات “من المستحيل”12. مطلوب معالجة حرارية لاحقة للمكونات المصنعة لمكونات السيراميك التقنية، منذ الساعة تشكيل السيراميك يتطلب استخدام المساحيق التي علقت في اضبارة العضوية التي يجب إزالتها (أي.، ديبيندينج) قبل مسحوق هو تنصهر معا (أي تلبد).
يجمع بين فوائد صباحا صباحا مكونات مادية متعددة أو متعددة الوظائف وتصنيف المواد (ختان الإناث)13 وظيفيا في د 4-المكونات المستندة إلى السيراميك14. المواد الهجينة تسمح خاصية تركيبات مثل أصباغ كهربائياً الموصلة أو العازلة والمغناطيسية/غير مغناطيسية ومطيله/الثابت أو مختلفة. يمكن لمكونات الهجين معرض وظائف أجهزة الاستشعار أو صمام المعروفة من15 ممس (النظم الكهروميكانيكية الصغرى)، وكذلك. وعلاوة على ذلك، يمكن أن تكمل المركبات المعدنية/السيراميك الانضمام إلى قطع السيراميك في آلات الشركاء الصلب التصليد التقليدية يمكن أن تستخدم.
سيرامفاكتورينج “المشروع الأوروبي” (مشروع الاتحاد الأوروبي القلبية 678503) هو تطوير تكنولوجيات صباحا لواحد من المكونات المادية وكذلك اتباع نهج جديد تماما للساعة مكونات مادية متعددة، مما يتيح إنتاج المسلسل مخصصة و مكونات متعددة الوظائف لمختلف التطبيقات12. ثلاث تقنيات صباحا مختلفة على أساس تعليق مؤهلين للسماح صباحا مكونات السيراميك-السيراميك، فضلا عن المعادن-السيراميك. الاستفادة تقنيات صباحا على أساس تعليق وعود مكون تحسين الأداء بالمقارنة مع الأساليب المستندة إلى مسحوق. نظراً لأن توزيع الجسيمات من المسحوق في تعليق أكثر تجانساً وأكثر أحكاما من سرير مسحوق، هذه الأساليب تشكيل العائد أعلى الكثافات الخضراء، مما يسفر عن مكونات متكلس مع المجهرية كثيفة وخشونة السطح منخفضة 12من المستويات.
جنبا إلى جنب مع القائم على الطباعة الحجرية السيراميك التصنيع (LCM)7،،من89،10،11،،من1617، تنصهر فيها الشعيرة تلفيق (FFF) و ويجري وضع 3D الطباعة الحرارية (T3DP)12،،من1418 . الاتحاد الفرنسي و T3DP أكثر ملاءمة صباحا مكونات مادية متعددة من LCM بسبب الترسيب الانتقائي والتصلب من مواد معينة بدلاً من ترسيخ انتقائية نقية من المواد المودعة في جميع أنحاء الطبقة بأكملها14 .
فائدة إضافية للاتحاد الفرنسي و T3DP بالمقارنة مع LCM هو استخدام النظم الحرارية الموثق بدلاً من علاج صور البوليمرات. ويتيح نظام الموثق تجهيز مساحيق مستقلة عن خصائصها البصرية مثل الامتصاص والانبعاث وانعكاسا للموجات الكهرومغناطيسية، مثلاً، مظلمة ومشرقة المواد (في النطاق المرئي)، وضرورية لإنتاج من مكونات معدنية السيراميك19،20. وعلاوة على ذلك، انخفاض الاستثمار مطلوب لمعدات FFF حيث تتوفر مجموعة كبيرة ومتنوعة من الأجهزة القياسية. ويصبح هذا الأسلوب اقتصادية بسبب ارتفاع كفاءة المواد والمواد القابلة لإعادة التدوير. وأخيراً، من السهل FFF الراقي لأجزاء كبيرة منذ العملية تعتمد على تحريك رأس الطباعة على المحاور.
وتعرض هذه الورقة النتائج الأولى لصناعة السيراميك المعادن المركبة باستخدام FFF. بالإضافة إلى ذلك، يرد الجمع بين تقنية لوحدات الاتحاد الفرنسي و T3DP، على الرغم من أنها لا تزال قيد التطوير. في عملية “FFF”، ذاب خيوط البوليمرات الحرارية ومقذوف بشكل انتقائي بفعل اثنين من عناصر الدورية العداد. مرة واحدة هو مقذوف المواد من خلال الفوهة، يتصلب بالتبريد، مما يتيح إنتاج مكونات طبقة بعد طبقة. لإنتاج مكونات السيراميك والمعدني النهائي، كان البديل من العملية المتقدمة21،،من2223،24،،من2526. مركبات البوليمر، المعروفة باسم الموثقات، عالية مليئة بمسحوق السيراميك أو معدني. بمجرد تشكيل المكونات قد أجريت باستخدام نهج الاتحاد الفرنسي التقليدي، هما خطوات إضافية مطلوبة. أولاً، البوليمرية يجب تماما إزالة المكونات من العينات في مرحلة ديبيندينج، توليد بنية مع العديد من المسام الصغيرة الحجم. تحقيق الخصائص النهائية، هي التعاقدات مسحوق متكلس في وقت لاحق عند درجة حرارة أقل من نقطة انصهار المواد. باستخدام هذا النهج، وإنتاج مواد مثل نيتريد السيليكون، والسليكا فوسيد، السيراميك كهرضغطية، الفولاذ المقاوم للصدأ، والكوبالت كربيد التنغستن، الألومينا أو ثاني أكسيد التيتانيوم23،،من2425 وقد أجريت بنجاح في أماكن أخرى.
استخدام خيوط البوليمرية مملوءة بدرجة عالية ومميزة من العملية فرض شروط معينة في المواد21. ويجب توفير التوافق الجيد بين المكونات الموثق الحرارية والمسحوق، الذي يجب أن توزع البلوتينيوم استخدام التقنيات المركبة عند درجات حرارة أعلى نقطة انصهار المكونات الموثق العضوية، مثل العجن أو القص المتداول. منذ خيوط متينة بمثابة مكبس في رأس الطباعة لدفع المواد المنصهرة، ملزمون صلابة عالية ولزوجته منخفضة تمكين قذف المواد من خلال الفوهة مع أقطار نموذجية تتراوح بين 0.3 و 1.0 مم. وفي الوقت نفسه، يجب أن تمتلك المواد ما يكفي من المرونة والقوة لتكون على شكل خيوط الذي يمكن تخزينه. للجمع بين كل هذه الخصائص حين وجود تحميل عالي من مسحوق، وضعت الموثق متعدد العناصر المختلفة وقد نظم21،،من2226.
بالإضافة إلى استخدام صياغة الموثق كافية، استخدمت نظاما جديداً لقيادة في هذا العمل. عادة، تستخدم عجلات مسنن محرك لدفع الشعيرة من خلال الفوهة. هذه الأسنان يمكن أن تلحق الضرر خيوط هشة. بغية الحد من متطلبات الميكانيكية خيوط وزيادة ضغط البثق أثناء عملية الاتحاد الفرنسي، استعيض عن نظام عجلات السيارة مسنن FFF التقليدية بنظام حزام مزدوج خاص. يتم إنشاء احتكاك عالية والتوجيه نظراً للطول والشكل، وطلاء المطاط الخاص الأحزمة. أن أهم قضية منع أي التواء الشعيرة من خلال رأس الطباعة. يجب أن تسترشد خيوط وصولاً إلى الفوهة ومسموح به لا توجد مساحة حرة، والتحولات اللازمة بين العناصر يجب أن تؤخذ.
وبعد مغادرة وحدة تغذية، يدخل خيوط وحدة فوهة. وكانت الأهداف الرئيسية حرارة المصممة بالإدارة والتوجيه غابليس. ويرد في الشكل 1رأس الطباعة المتقدمة.
الشكل 1 : نموذج كندي جديد حزام محرك الأقراص وحدة (أعلى) وصورة وحدة حقيقية (أسفل)- الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
آخر تحد كبير تكون موجهة لإنتاج المكونات المعدنية السيراميك هو اختيار المساحيق التي تسمح للتجهيز المشترك أثناء المعالجة الحرارية (مقارنة معامل التمدد الحراري (CTE) ونظم درجة حرارة الغلاف الجوي) و خاصة تعديل سلوك انكماش كل من المواد خلال الخطوة تلبد. في هذا العمل، محاولة للجمع بين الزركونيا وتعديل الفولاذ المقاوم للصدأ 17-4PH منذ أن لديهم CTE قابلة لمقارنة (حوالي 11 × 10-6/K) ويمكن متكلس في نفس الظروف (الحد من الغلاف الجوي الهيدروجين، تلبد درجة الحرارة: 1350-1400 درجة مئوية). ومع ذلك، لضبط سلوك الانكماش، إجراء طحن خاصة لمسحوق معدني هو المطلوب19،20.
الزركونيا والفولاذ المقاوم للصدأ المستخدمة هنا مناسبة جداً للمشترك تلبد مكونات معدنية السيراميك بسبب التجارة قابلة للمقارنة، وتلبد درجة الحرارة وتلبد جو. يمكن تعديل سلوك تلبد في الزركونيا والمواد الخام الفولاذ المقاوم للصدأ بمعاملة مسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ (الشكل 9) بنجاح. باستخدام المواد المذكورة والأساليب، من الممكن لتصنيع أجزاء خالية من عيب العيانية بالاتحاد الفرنسي للمرة الأولى. المعرفة أصحاب، لا يعرف أي أسلوب صباحا مماثلة أخرى لتصنيع هذه الأجزاء باستثناء T3DP19،20. تطبيق واحد للمكونات المعدنية السيراميك يبين الشكل 17، وعنصر تسخين مع فولاذ المقاوم للصدأ إجراء كهربائية يحلق في مصفوفة زركونيا عزل.
واحدة من التحديات الرئيسية التي تواجه الاتحاد الفرنسي للمكونات المعدنية والسيراميك هو الزيادة الهائلة في عدد صلابة وهشاشة من خيوط بسبب المواد الصلبة عالية. ولذلك، تم اختيار المكونات الموثق الصحيح عاملاً أساسيا لنجاح المشروع. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن تحسين قوة ومرونة خيوط باستخدام الإمالة عالية خلط تقنية (الشكل 7). وفقا للدراسات السابقة مع أنظمة عالية شغل28، قد يكون سبب هذا التحسن أفضل مسحوق التشتت والحد من29،اجلمرتر30.
التحقيق والتكيف لقذف، سحب والتخزين المؤقت بسرعة خلال عملية إنتاج خيوط يسمح إنتاج خيوط مملوءة بالجسيمات العالية مع الأبعاد المناسبة. تتأثر نوعية خيوط معلمات أخرى مثل توزيع درجة الحرارة داخل في الطارد، فضلا عن استخدام أجهزة التبريد إلى حد كبير وتم اختيارها بعناية.
تم تجهيز كل خيوط في الاتحاد الفرنسي-الجهاز بنجاح. تم العثور على الالتصاق بين المواد الأولية أن تكون جيدة جداً في الدولة الخضراء (الشكل 7-9). فقط بعض وحدات شاغرة الصغيرة كانت مرئية، التي هي عادة لعملية أحدث FFF (الشكل 13). لإغلاق هذه وحدات التخزين الهامة مع المواد الحرارية، الاتحاد الفرنسي-الجهاز مجهز بوحدتين الاستغناء عن الصغير المعروف من T3DP18،،من1920،،من3132، التي السماح لترسب قطرات واحدة لإغلاق وحدات التخزين شغلها غير كافية، فضلا عن تصنيع الهياكل الدقيقة (الرقم 14 و 15).
القيود هندسية من تعقيد جزء أو القرار تعتمد بشدة على إعداد الطابعة تدفق المواد مستمرة فضلا عن تشريح البرمجيات المستخدمة. وتوجد في معظم قواعد تصميم ومظهر جزء الناتجة لتكون مشابهة لاستخدام الاتحاد الفرنسي بلاستيك.
The authors have nothing to disclose.
هذا المشروع تلقت تمويلاً من الاتحاد الأوروبي في أفق 2020 البحث وبرنامج الابتكار بموجب اتفاق منحة رقم 678503.
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 |