Gør det muligt at oprette større 3D-trykte objekter med keramik

Keramik er nogle af de ældste materialer fremstillet af mennesker. På samme tid, de er nogle af de mest lovende materialer til nøgleteknologierne i det 21. århundrede. Imidlertid, keramik er udfordrende at forme og bearbejde, især til applikationer, hvor 3D-udskrivning, også kendt som additiv fremstilling (AM), ville være en interessant fremstillingsmetode.

Eindhoven University of Technology (TU/e) Ph.D. kandidat Steyn Westbeek udviklede en model til at gøre AM mulig med større keramiske objekter. Denne forskning var en del af et større forskningsprojekt - sammen med anvendt videnskabeligt forskningscenter TNO og TU/e ​​High Tech Systems Center - med andre ph.d. kandidater, studere hele printprocessen for keramik, herunder lagdeponering og forbedring af 3D-printerkoncepter og kontrol.

Unikke ejendomme både en fordel og en udfordring

Keramik er typisk fremragende elektriske og varmeisolatorer, der er hårde, stærk, biokompatibel og robust, når den står over for mange kemikalier og temperaturer. Disse unikke egenskaber betyder, at keramik kan bidrage til at forbedre livskvaliteten, Spar energi, reducere slid og øge levetiden for komponenter i mange forskellige applikationer. Imidlertid, disse kvaliteter gør det også sandsynligt, at deformationer og revner opstår på et eller andet tidspunkt under 3D-udskrivningsprocessen-normalt, på grund af belastninger i materialet.

Selvom det i stigende grad er mainstream for andre materialer, AM er ikke godt forstået for keramik. Indtil nu, det er for det meste blevet brugt til at producere lave mængder af meget detaljerede objekter mindre end et par cm. Større genstande har stor risiko for revner.

Westbeek skabte en model af de fysiske processer inde i 3D-printeren, at hjælpe med at forbedre forståelsen for 3D-udskrivning af keramik og gøre det muligt at udskrive større objekter. AM af keramik er en to-trins proces:For det første, der lægges meget tynde lag af en blanding af keramisk pulver og et bindemiddel, hærdet af UV -lys mellem hvert lag. Dette skaber objektets endelige form. Sekund, genstanden opvarmes i en ovn for at fjerne bindemidlet - omtrent som at bage en lerskulptur.

Forudsiger hvad der går galt i hærdningsfasen

Westbeek fokuserede mest på UV -hærdningsfasen, hvor blandingen af ​​bindemiddel/pulver bliver fast. Hærdningstrinnet kan være en kilde til spændinger i materialet. Modellen indeholder printerindstillinger, såsom egenskaberne ved UV -lyskilden og bindemidlets egenskaber, og processer som lys, der springer af det keramiske pulver og temperaturstigninger inde i objektet under hærdning.

Med denne viden, det er muligt at ændre 3-D udskrivningsprocessen for at sikre, at den fungerer bedst til den form, du vil udskrive. Dette reducerer mange forskellige problemer, såsom vægge, der er for tykke, genstand for overophedning, for lidt eller ujævn hærdning og, endelig, udviklingen af ​​spændinger, der kan føre til revner og uønsket deformation. Denne nye forståelse er et værdifuldt skridt i retning af udskrivning af kompleks formet og stor keramik.