科學(xué)家們開(kāi)發(fā)(fā)出更實(shí)惠的陶瓷3D打印技術(shù)(shù)
魔猴君 行業(yè)(yè)資訊 1420天前
斯洛伐克工業(yè)(yè)大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)(fā)了一種新穎的陶瓷3D打印材料,該材料設計用于低成本FFF機器。與現(xiàn)有的入門(mén)級陶瓷不同,該團隊的長(cháng)絲由PVA粘結(jié)劑和莫來(lái)石基料組成,可以從標準的0.4 mm噴嘴中擠出,而無(wú)需增加附著(zhù)力或調(diào)整系統(tǒng)。該配方也無(wú)需使用昂貴的專(zhuān)業(yè)(yè)熔爐就可以進(jìn)行后處理,從而為潛在的業(yè)(yè)余愛(ài)好者提供了作為預算友好型陶瓷的巨大潛力。
團隊的陶瓷3D打印測試對象的俯視圖(左側(cè)為600 μm噴嘴,右側(cè)為400 μm)。圖片來(lái)自《今日應用材料》雜志。
民用級陶瓷
通過(guò)3D打印陶瓷,而不是使用注射成型等傳統(tǒng)生產(chǎn)(chǎn)方法進(jìn)行加工,就可以創(chuàng )(chuàng)建具有高度復雜內(nèi)部特征的零件。然而,到目前為止,由于其使用難度大,該技術(shù)(shù)僅使用戶(hù)能夠進(jìn)行短時(shí)間的生產(chǎn)(chǎn)運行,這需要粉末處理和大量的后處理。
盡管在陶瓷方面,DIW系統(tǒng)通常被認為比SLS機器更易于使用,但對于新手來(lái)說(shuō)卻是挑剔的,并且難以配制出最佳的漿料。相比之下,隨著(zhù)RepRap項目的成功,FFF系統(tǒng)現(xiàn)在更容易訪(fǎng)問(wèn),使其成為新采用者的理想選擇。
入門(mén)級機器的另一個(gè)優(yōu)(yōu)點(diǎn)是,它們與越來(lái)越多的聚合物(例如ABS和PLA)兼容,它們可以與陶瓷混合形成新穎的長(cháng)絲。結(jié)果,已經(jīng)(jīng)開(kāi)發(fā)(fā)出許多陶瓷負載的混合液,但是這些通常需要使用直徑為600μm的噴嘴,從而限制了可能實(shí)現(xiàn)的細節(jié)水平。
許多實(shí)驗原料的寬度也為3毫米,盡管它們非常適合工業(yè)(yè)應用,但傳統(tǒng)的FFF機器往往會(huì )保持1.75毫米的規(guī)格。更糟糕的是,現(xiàn)有的混合物在排膠過(guò)程中往往會(huì )出現(xiàn)不一致的收縮現(xiàn)象,從而限制了3D打印大型零件時(shí)它們的功效,并且有必要開(kāi)發(fā)(fā)出更具可重復性的解決方案。
脫脂前后3D打印零件的填充結(jié)構(gòu)圖像。圖片來(lái)自《今日應用材料》雜志。
斯洛伐克的新穎原料
為了使陶瓷材料更易于加工并因此更容易獲得,斯洛伐克的科學(xué)家設計了一種新配方。通過(guò)將莫來(lái)石粉末,脂肪酸和熱塑性聚合物結(jié)合在一起,該團隊能夠制造出直徑為1.75毫米的細絲,該細絲可以使用0.4毫米的打印頭進(jìn)行加工,這與商業(yè)(yè)替代品非常相似。
優(yōu)(yōu)化了原料后,研究人員將600和400 μm的打印頭分別連接到Leapfrog Creatr 3D打印機上,并制作了一組圓柱形標本。每個(gè)零件都用微型矩形進(jìn)行了圖形化處理,以使打印錯誤顯而易見(jiàn),但研究小組未發(fā)(fā)現(xiàn)可見(jiàn)的裂紋或噴嘴堵塞,使他們認為這種方法是成功的。
但是,科學(xué)家們還選擇了在廉價(jià)陶瓷窯中發(fā)(fā)現(xiàn)的條件下對他們的測試零件進(jìn)行裝訂,這會(huì )導致明顯的收縮,在1400°C時(shí)尺寸可減小41.5%。最終,研究人員確定了1250至1350°C之間的最佳點(diǎn),并優(yōu)(yōu)化了參數(shù)集,與使用傳統(tǒng)方法制造的零件相比,其零件最多可增加17%。
此外,研究人員發(fā)(fā)現(xiàn),使用他們的新型燈絲來(lái)制作具有相同幾何形狀的3D打印零件,所需材料比對比陶瓷少26倍。結(jié)果,該團隊得出結(jié)論,他們的原料不僅與低成本系統(tǒng)兼容,而且還比現(xiàn)貨產(chǎn)(chǎn)品更有效地傳遞陶瓷材料的好處。
陶瓷的3D打印潛力
眾所周知,陶瓷具有很高的耐熱性,但其易碎性意味著(zhù)公司直到最近才開(kāi)始釋放其潛力。通用汽車(chē)擁有的研究中心HRL實(shí)驗室在這一領(lǐng)(lǐng)域進(jìn)行了重大研究,去年開(kāi)發(fā)(fā)了一種3D打印抗斷裂陶瓷基復合材料(CMC)的新方法。該研究所使用一種新型的基于硅氧烷的陶瓷陶瓷材料,已經(jīng)(jīng)能夠制造出獨特強力的玻璃狀結(jié)構(gòu)。
同樣,弗勞恩霍夫(Fraunhofer IKTS)的團隊開(kāi)發(fā)(fā)了一種多材料噴射(MMJ)系統(tǒng),用于將金屬和陶瓷組合成單個(gè)零件。利用新工藝,科學(xué)家們通過(guò)3D打印了一系列耐熱組件,包括陶瓷增強衛(wèi)星元件。
活頁(yè)夾噴射3D打印機制造商ExOne也已獲得許可,并獲得了橡樹(shù)嶺國家實(shí)驗室(ORNL)的一種新型陶瓷生產(chǎn)(chǎn)方法的許可。 采用該流程使ExOne能夠?qū)⑵涮峁┙o客戶(hù),客戶(hù)現(xiàn)在可以創(chuàng )(chuàng)建鋁載碳化硼組件。
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