Nowy proces drukowania 3D KOD: 3D drukowana ceramika z materiałami o sprawdzonych funkcjach

Opracowano kilka różnych metod drukowania 3D materiałów ceramicznych, a jednym z nich jest CODE lub Ceramic On-Demand Extrusion, niedawno opracowany proces wytłaczania do produkcji gęstych, funkcjonalnych elementów ceramicznych. W artykule zatytułowanym "Wytwarzanie materiałów o funkcjonalnym rozkładzie przez ceramiczne wytłaczanie na żądanie z dynamicznym mieszaniem", grupa naukowców omawia wykorzystanie procesu CODE do tworzenia funkcjonalnie stopniowanych materiałów, lub FGM

Funkcjonalnie sortowane materiały są definiowane przez badacze jako "charakteryzujący się stopniowym zróżnicowaniem składu materiału nad objętością, co pozwala na kombinację materiałów lub właściwości materiałowych, których nie można zazwyczaj uzyskać w materiałach monolitycznych." Interesowało się składnikami z tlenku glinu-tlenku cyrkonu (Al2O3 / ZrO2) dla zastosowania, takie jak protetyczne przeguby kulowe. W tych składnikach twardy rdzeń z tlenku cyrkonu zapewnia wysoką wytrzymałość i zmniejsza ryzyko pękania, a następnie przechodzi w powierzchnię tlenku glinu, co zapewnia długą żywotność w ciele człowieka.

"Procesy wytwarzania dodatków (AM) są szczególnie korzystne do wytwarzania komponentów FGM ze względu na charakter procesów "warstwa" - twierdzą badacze. "Biorąc pod uwagę, że temperatury topnienia ceramiki są zwykle zbyt wysokie dla osadzania w stopie na bazie termicznej i fakt, że ceramiczne procesy AM oparte na natryskiwaniu atramentowym są poddawane dużej porowatości, procesy AM oparte na wytłaczaniu materiałowym są najkorzystniejszą metodą wytwarzania ceramiki ceramicznej. Składniki FGM. "

W badaniu naukowcy opracowali dynamiczne urządzenie mieszające dla systemu CODE do wytwarzania komponentów FGM. Dwa materiały - tlenek glinu i tlenek cyrkonu - wytłaczano przez oddzielne wytłaczarki do komory mieszania mieszadła dynamicznego z kontrolowanymi szybkościami przepływu. Mieszalnik następnie zmieszał te pasty w jednorodną mieszaninę, która została osadzona przez dysze w celu wytworzenia komponentów FGM z zaplanowanym rozkładem składu materiałowego. Komponenty zostały następnie przetworzone i scharakteryzowane w celu oceny funkcjonalności i dokładności dynamicznego urządzenia mieszającego.

W spiekanych elementach nastąpiło pewne odkształcenie, aż do pękania i rozwarstwienia. Odkształcenie zaobserwowano również po całkowitym wysuszeniu składników, a badacze przypisują to niedopasowaniu w skurczu suszenia dwóch past. Odkształcenie podczas procesu spiekania przypisano jednak niedopasowaniuspiekanie skurczu i rozszerzalność cieplna dwóch materiałów.

"Większe różnice w składzie materiału między warstwami prowadzą do większych naprężeń spowodowanych niedopasowaniem właściwości materiału, co tłumaczy fakt, że większy krok zmiany składu doprowadził do większa ilość deformacji "- stwierdzają naukowcy. "Gładszy (zmniejszony) gradient składu materiału prawdopodobnie zmniejszy stopień deformacji i ryzyko uszkodzenia części. Dostosowanie nieodłącznych właściwości surowców w celu zmniejszenia niedopasowania skurczu może być kolejnym skutecznym sposobem złagodzenia stresu i deformacji. "

Mierzono także twardość Vickersa i wykazano, że zmniejsza się wraz z procentem objętości cyrkonu Zwiększona.

Ogólnie rzecz biorąc, badanie pokazuje obiecującą metodę drukowania 3D ceramicznych, funkcjonalnie sortowanych materiałów. Chociaż drukowane komponenty nie były doskonałe, w przyszłości można podjąć dalsze kroki w celu zmniejszenia deformacji i awarii.

Autorami publikacji są Wenbin Li, Austin J. Martin, Benjamin Kroehler, Alexander Henderson, Tieshu Huang , Jeremy Watts, Gregory E. Hilmas i Ming C. Leu.