マルチ材料セラミック ベースのコンポーネント-添加熱可塑性 3 D 印刷 (セラム - T3DP) 白黒ジルコニア部品の製造

1. 熱可塑性樹脂懸濁液セラム – T3DP の 粉体の選択 黒熱可塑性懸濁液の準備のためブラックのジルコニア粉末ジルコニア ブラック – 1を使用して、ジルコニア ブラック – 2. 白い熱可塑性懸濁液の準備のためジルコニア ホワイト – 1とジルコニア ホワイト – 2を使用します。注:ジルコニア ブラック – 2の製造元、ジルコニアの着色のための顔料 (4.2 wt.-%) を使用して、また両方の粉末が同じ焼結挙動であることを示します。また、アルミナ (20.43 wt.-%) の割合が高いがの白い色に貢献するジルコニア ホワイト – 2.粉末ジルコニア ブラック – 1とジルコニア ホワイト – 1の異なる組成を持っている従って完全な緻密化の異なる焼結温度が必要です。ジルコニア ホワイト – 1と対照をなしてジルコニア ブラック – 1では、せいぜい 5 wt.-% 顔料で構成されています。推奨の焼結温度は 1400 ° Cジルコニア ブラック – 1とジルコニア ホワイト – 11350 ° C。 形状、表面積と粒度分布に関する粉末を特徴付けます。注: 電子走査型顕微鏡画像は、粒子の形状を特徴付けるために使用されています。利用粉体の粒径分布はレーザー回折法 (レーザー回折計) で測定した.使用される粉体の特定の表面特性の測定値は、製造によって提供されています。 異なるジルコニア懸濁液の準備のためパラフィンとスリーブの溶解に 100 ° C の温度で蜜蝋の混合物を溶融し、高分子混合物を均質化します。 40 vol.% の粉末のコンテンツに到達するいくつかの手順で粉を加えます。 100 ° C で 2 時間攪拌による粉体高分子混合系を均質化します。すべての懸濁液が同じ粉コンテンツ (40 vol.%) できるようにします。 懸濁液の特性 せん断速度 0-5,000/秒 85 ° C および 110 ° c. 間の範囲の異なる温度の間の範囲内のレオメータを用いた溶融の懸濁液のレオロジー挙動を特徴します。注意: 使用してレオメータ測定システム (直径 25 mm) プレートで 200 ° C に-25 ° C 間で調整可能。トルクを測定し、, 動粘性係数を算出しました。 プロットのせん断速度の機能として動的粘度と動的粘度が 10/s のせん断速度の 100 Pa·s の下、100/s のせん断速度の 20 Pa·s 以下、5,000/s または増加のせん断速度の 1 Pa·s 以下を確認、許容範囲温度 動粘性係数が温度 110 ° C もの高すぎる場合、ポリマーの混合物を追加することによって懸濁液構成を変更します。 2. セラム – T3DP でシングルとマルチ素材部品の製造 使用デバイス図 1は、使用されるセラム – 1プロファイル スキャナーと 3 つ異なるマイクロ ディスペンシング システムを同時にまたは交互に作業することができますT3DP デバイスの CAD 図面を示しています。白黒のコンポーネントを作成するのにそれらの 2 つを使用します。 水滴の付着を最大 100/s と 20 mm/秒の最大速度で移動する軸の周波数に設定します。 成膜パラメーターの検討結果水滴 (図形; ボリュームが均一性) や液滴の特性 (マイクロ調剤システムの速度; 懸濁液タンクとノズルの温度軸の速度を作業) 成膜パラメーターの影響を調査します。チェーン (図形; ボリュームが均一性)。 成膜パラメーターは異なるし、異なる周波数と軸速度を用いた蒸着液滴の鎖と同様、単一液滴を入金します。注: 材料の特性に及ぼすディスペンサー パラメーターは25前に議論されています。パラメーター値の境界は、経験的決定されているのみ。 チェーン、液滴の分散の高さと幅で 3% を超えていないことを確認します。パラメーターのパルス幅、液滴融合係数 (DFF) は異なる直径を補正するために押出幅 (スライス パラメーター) 100 ミクロンまでの違いし、高さ違い 50 ミクロンまで。注: それは必要かつ単一液滴として完璧な形の半球を実現することはできませんおそらくありませんが液滴形成の均一性はコンポーネントの同種の建物を保証する非常に高いことを確認します。 液滴粒径、幅と高さに関して最も均一液滴形状を提供するパラメーター セットを見つける別の初期パラメーターでこの手順を繰り返します。 単一素材のテスト部品の製造 目的の部品の生成された 3 D モデルを使用し、STL または AMF フォーマットのファイルとしてファイルを保存します。 対応する G コードを生成するのに (例えばスライサー 1またはスライサー 2) スライス プログラムを使用します。2.2 の手順で取得した液滴形状のプロパティを設定します。 G コードをアップロードし、セラム – T3DP デバイスにプロセスのパラメーターを入力します。セラム – T3DP-デバイスの手順で取得した 2.2 対応して液滴形状のスライサーに提供するパラメーターを設定します。建物のジョブを開始するデバイスのソフトウェアを開始します。注: 目的の部品を造るか、または新しい懸濁液を使用する前に特定のテスト サンプルを製造するために有益です。 セラム – 複数材料部品の T3DP 各材料に 2.2 の手順を実行します。 およそ同じ液滴の特性を持つ両方の材料の調剤のパラメーターを選択します。 単一液滴と大規模な欠陥や障害があるコンポーネントになることができます異なる材料のための高さの違いを避けるために結果として得られる重複の間の距離を変更することでレイヤーの高さを調整します。注: 二液滴と関連付けられた大きい重複、幅および単一液滴のほぼ一定のボリュームによる液滴チェーン増加の高さの間の距離を減らして。それは、液滴のチェーン幅が液滴チェーンの高さよりも速く増加することに観察できます。 目的の部品の生成された 3 D モデルを使用して、AMF ファイルとしてファイルを保存します。スライサーによってサポートされている場合は、複数のコンポーネントの領域も STL ファイル形式で保存できます。 複数マテリアル コンポーネントを印刷するために、材料ごとに対応するマイクロ調剤システムを割り当てることによってスライスのソフトウェアに関連付けられている材料に対応するコンポーネントの領域を割り当てます。 スライサーのソフトウェアを使用して各材料の G コードを生成します。 G コードをアップロードし、セラム – T3DP デバイスにプロセスのパラメーターを入力します。セラム – T3DP-デバイスの手順で取得した 2.2 対応して液滴形状のスライサーに提供するパラメーターを設定します。建物のジョブを開始するデバイスのソフトウェアを開始します。 3. Co 脱脂と共同焼結の単一のおよび多素材-コンポーネント 次の別の手順で緑のサンプルを debind します。 まず、構造的に均一な温度分布を確保するため、および毛管力によってバインダー材料の除去を促進するために同様のサンプルをサポートする粗粒アルミナ パウダー (粉) のばらのサンプルを置きます。 空気雰囲気下での炉 (脱脂炉) に非常に低い暖房率と脱脂を行う 270 ° C まで欠陥のない脱脂して 4 K/h 加熱速度を設定します。 この、まず脱脂後細かいブラシでたとえば寝具粉末を慎重に取り外します。アルミナ キルンファニチャーにサンプルを配置します。 適用空気雰囲気下で 2 番目の脱脂ステップ 900 ° C まで (12 K/h) 同じ炉で。注: すべての残りの有機バインダー材料熱削除された、間内で同じ手順でジルコニア粒子の焼結を事前開始された焼成炉へサンプルの後続の転送を有効にします。 最後に適した炉 (焼結炉) で 2 時間 1,350 ° c (180 K/h) 空気雰囲気下でサンプルを焼結します。コンポーネントの収縮を特徴付ける 3 つの次元の長さの測定によって、各方向に約 20% であることを確認してください。 4. シングルとマルチ素材化合物のキャラクタリゼーション カット サンプルが正しく、ceramographic メソッドを使用して表面を磨きます。 微細構造に及ぼす電界放射走査型電子顕微鏡 (FESEM) を使用して調査を適用します。 気孔率は 2 つの段階の使用された材料の境界界面を目視で確認します。取得するには、より詳細な結果は、焼結体の微細構造の気孔率を調査するFESEMと後続の画像解析による例えば、インターフェイス解析を実行します。ターゲットの気孔率は 1% 以下です。気孔率が高すぎる場合は、成膜パラメーター上昇 (2.2) および/または (3) 熱処理の体制によって異なります。