Multi materiaal keramiek gebaseerde componenten – Additive Manufacturing van zwart-witte Zirconia componenten door thermoplastische 3D-Printing (CerAM - T3DP)

1. thermoplastische schorsing voor CerAM – T3DP Selectie van poeders Gebruik voor de bereiding van de zwarte kunststof schorsingen zwarte Zirkonia poeders Zirkonia-zwart – 1 en zirconia zwart – 2. Gebruik voor de bereiding van de witte kunststof schorsingen Zirkonia-Wit – 1 en Zirkonia-wit – 2.Opmerking: De fabrikant van zirconia zwart – 2 gebruikt (4.2 wt.-%) pigmenten voor de kleuring van de zirconia en stelt ook dat beide poeders hetzelfde sinteren gedrag hebben. Bovendien, het hoge percentage van aluminiumoxide (20.43 wt.-%) draagt bij aan de witte kleur van Zirkonia-wit – 2. De poeders Zirkonia-zwart – 1 Zirkonia-Wit – 1 hebben een verschillende samenstelling en vereisen dus een verschillende sinteren temperatuur voor volledige compactie. In tegenstelling tot Zirkonia-Wit – 1bestaat Zirkonia-zwart – 1 hooguit 5 wt.-% pigmenten. De aanbevolen sinteren temperaturen zijn 1400 ° C voor zirconia zwart – 1 en 1350 ° C voor zirconia Wit – 1. Kenmerkend zijn de poeders met betrekking tot vorm, oppervlakte en korrelgrootteverdeling.Opmerking: Electron scanning microscopie beelden zijn gebruikt om het karakteriseren van de vorm van de deeltjes. De korrelgrootteverdeling van de benutte poeders werd gemeten door een laser diffractie methode (laser diffractometer). De metingen voor de specifieke oppervlakte-eigenschappen van de gebruikte poeders zijn getroffen door de vervaardiging. Voor de bereiding van de verschillende zirconia schorsingen smelt een mengsel van paraffine en bijenwas bij een temperatuur van 100 ° C in een verwarmbaar verbinding en meng het mengsel polymeer. Voeg vervolgens de poeder in verschillende stappen voor het bereiken van de inhoud van een poeder van 40 vol.%. Meng de poeder-polymeer-mengsel door roeren gedurende 2 uur bij 100 ° C. Zorg ervoor dat alle schorsingen dezelfde poeder inhoud (40 vol.%). Karakterisering van schorsingen Kenmerkend zijn de Rheologische gedrag van de gesmolten ophanging met behulp van een rheometer voor schuintrekken tarieven in een bereik tussen 0-5000/s voor verschillende temperaturen in een bereik van 85 ° C tot 110 ° C.Opmerking: We gebruikten een rheometer regelbaar zijn tussen-25 ° C tot 200 ° C met een plaat/plaat meetsysteem (25 mm doorsnede). Het koppel werd gemeten en de dynamische viscositeit werd berekend. Uitzetten van de dynamische viscositeit als functie van de shear rate en ervoor te zorgen dat de dynamische viscositeit onder 100 Pa·s voor een shear rate van 10/s, hieronder 20 Pa·s voor een shear rate van 100/s en onder 1 Pa·s voor een tarief van de afschuiving van 5.000/s of verhoging van is de temperatuur binnen het toegestane bereik. Verandering van de samenstelling van de opschorting door polymeer mengsel toe te voegen als de dynamische viscositeit te hoog zelfs bij een temperatuur van 110 ° C. 2. vervaardiging van enkele en multi materiële componenten door CerAM – T3DP Gebruikte apparaatFiguur 1 toont een CAD-tekening van de gebruikte CerAM – T3DP-apparaat met een profiel scanner en drie verschillende micro toedieningseenheden systemen, die kan werken, gelijktijdig of afwisselend gebeuren. Gebruik twee van hen te produceren zwart-onderdelen. Stel de afzetting van de druppels in op een frequentie tot 100/s en de assen om te gaan met een maximale snelheid van 20 mm/s. Onderzoek naar depositie parametersOnderzoeken van de invloed van de depositie parameters (werkt snelheden van de micro doseersysteem temperaturen van schorsing reservoir en mondstuk; snelheid van de as) op de eigenschappen van de resulterende druppels (vorm, volume; homogeniteit) of druppel Kettingen (vorm, volume; homogeniteit). Variëren van de depositie-parameters en enkele druppels evenals druppel ketens storten met behulp van verschillende frequenties en assen snelheden voor afzetting.Opmerking: De invloed van de parameters van de dispenser op de eigenschappen van de materialen is besproken vóór25. Parameter waarde grenzen zijn alleen empirisch vastgesteld. Zorg ervoor dat dat de afwijking in druppel hoogte en breedte keten mag niet meer dan 3%. Variëren de pulsbreedte van de parameters, druppel fusion factor (DFF) en extrusie breedte (segmenteringshulplijnen parameter) te compenseren diameter verschillen tot 100 micron en hoogte verschillen tot 50 micron.Opmerking: Het is niet nodig en waarschijnlijk niet mogelijk om te beseffen perfect gevormde hemisferen als enkele druppels, maar je moet ervoor zorgen dat de homogeniteit van de vorming van de druppel erg hoog is te garanderen van een homogene opbouw van de onderdelen. Herhaal deze stap en de verschillende initiële parameters te vinden een parameterset waarmee de meest homogene druppel vorm ten opzichte van de diameter van de druppel, breedte en hoogte. Vervaardiging van single-materiaal test onderdelen Gebruik een gegenereerde 3D-model van het gewenste deel en sla het bestand op als STL of AMF bestandsindeling. Een segmenteringshulplijnen programma (bijvoorbeeld Slicer 1 of 2 van de Slicer) gebruiken om de bijbehorende G-code te genereren. Stel de eigenschappen voor de shape van de druppel in stap 2.2 verworven. Uploaden van de G-code, en vul de procesparameters op de CerAM – T3DP-apparaat. Stel de CerAM – T3DP-apparaat voor de parameters in stap verkregen 2.2 die overeenkomen met aan de druppel vorm verstrekt aan de slicer. Start de software van het apparaat om te beginnen met de baan van het gebouw.Opmerking: Het is gunstig voor de vervaardiging van bepaalde monsters voordat het gewenste deel gebouw of het gebruik van nieuwe schorsingen. CerAM – T3DP van multi materiële componenten Voor elk materiaal betrokken uitvoeren stap 2.2. Selecteer verstrekking parameters voor beide materialen hebben ongeveer dezelfde druppel kenmerken. De hoogten van de laag aanpassen door het veranderen van de afstand tussen de enkele druppels en de resulterende overlapping te voorkomen dat verschillen in hoogten voor de verschillende materialen, die leiden grote gebreken en defecte onderdelen tot kunnen.Opmerking: Door het verminderen van de afstand tussen twee druppeltjes en de bijbehorende grotere overlapping, de breedte en de hoogte van de druppel keten verhoogt vanwege de bijna constante hoeveelheid de enkele druppels. Het kan worden waargenomen dat de druppel ketting breedte sneller dan de hoogte van de keten druppel stijgt. Gebruik een gegenereerde 3D-model van het gewenste deel en sla het bestand op als AMF bestanden. Indien ondersteund door de slicer die meerdere component gebieden kunnen ook worden opgeslagen in STL-bestandsindeling. Om te kunnen afdrukken multi materiële componenten, toewijzen overeenkomstige component gebieden aan het bijbehorende materiaal in de segmenteringshulplijnen software door het toewijzen van een overeenkomstige micro doseersysteem voor elk materiaal. Het genereren van de G-codes voor elk materiaal met behulp van de slicer software. Uploaden van de G-code, en vul de procesparameters op de CerAM – T3DP-apparaat. Stel de CerAM – T3DP-apparaat voor de parameters in stap verkregen 2.2 die overeenkomen met aan de druppel vorm verstrekt aan de slicer. Start de software van het apparaat om te beginnen met de baan van het gebouw. 3. Co-Debinding en co sinteren van Single – en Multi – anti-material onderdelen Debind de groene monsters in de volgende afzonderlijke stappen. Zet eerst de monsters in een losse bulk grofkorrelige aluminiumoxide poeder (poeder bed) structureel steunen de monsters zo goed dat een homogene temperatuur verdeling en het wegnemen van de binder materialen te bevorderen door de capillaire krachten. Uitvoeren van een debinding met een zeer lage opwarmsnelheid in een oven (debinding oven) onder lucht-sfeer tot 270 ° C. De opwarmsnelheid ingesteld op 4 K/h om ervoor te zorgen dat een defect-vrije debinding. Na deze eerste debinding stap Verwijder voorzichtig het beddengoed poeder bijvoorbeeld met een fijne penseel. Leg de monsters op aluminiumoxide oven meubels. Een tweede debinding stap onder lucht-atmosfeer van toepassing tot 900 ° C (12 K/h) in de dezelfde oven.Opmerking: Alle resterende organisch bindmiddel materialen waren thermisch verwijderd, terwijl het binnen in de zelfde stap een vooraf sinteren van de deeltjes zirconia is geïnitieerd zodat de latere overdracht van de monsters naar een sinteren oven. Ten slotte sinter de monsters onder lucht-sfeer op 1350 ° C (180 K/h) voor 2 h in een geschikte oven (sinteren oven). De krimp van de componenten door meting van de lengte in drie dimensies te karakteriseren en ervoor te zorgen dat er ongeveer 20% voor elke richting. 4. karakterisering van de componenten van de Single – en Multi – anti-material De monsters goed knippen en polijsten van de oppervlakte met behulp van ceramographic methoden. Het toepassen van onderzoeken op de microstructuur met behulp van veld emissie Scannende elektronenmicroscoop (FESEM). Inspecteer visueel of de poreusheid van de twee fasen en op het raakvlak van de grens van de gebruikte materialen. Voor een meer gedetailleerd resultaat analyses uit te voeren een interface, bijvoorbeeld door FESEM en latere foto analyse te onderzoeken van de porositeit binnen de gesinterde microstructuur.De gerichte poreusheid is minder dan 1%. Als de poreusheid te hoog is, variëren de depositie parameter stijgt (2.2) en/of het regime van de thermische behandeling (3).