Ziel war es, einen Langwellen-Infrarot-Heizkörper additiv herzustellen. Dieser Teil zeigt das resultierende sinterte, zweikomponentige Heizelement aus isolierendem Zirkonia und elektrischen leitfähigen Edelstahl von FFF. Durch den Anschluss eines Netzteils wird der Metallmärater erwärmt.
Diese Studie konzentriert sich auf die IT-Fertigung mit einem Montagematerialansatz, um ein Metall mit einem technischen Serum zu kombinieren. Die Kombination dieser verschiedenen Materialien bietet aufgrund ihrer unterschiedlichen elektrischen und mechanischen Eigenschaften eine Vielzahl von Anwendungen. Diese Kombination kann helfen, wichtige Fragen in den Bereichen Medizin, Automobil und Luft- und Raumfahrt zu beantworten.
Zu diesem Zweck wurde die Herstellung von Sicherungsfilamenten ausgewählt. Der Hauptgrund war die Möglichkeit, verschiedene Pulver unabhängig von ihren optischen Eigenschaften zu verarbeiten. Darüber hinaus ähnelt die thermische Nachbearbeitung etablierten Techniken wie pulverspritzgießen, für die eine Standardausrüstung verwendet wird.
Die Sicherungsfilamentherstellung wird durch die hohe Materialeffizienz und die Recyclingfähigkeit der Materialien wirtschaftlich. Schließlich ist diese Technik für größere Teile leicht zu skalieren, da der Prozess auf einem sich bewegenden Druckkopf auf der Achse beruht. Bevor Sie mit dem Verfahren beginnen, wählen Sie ein geeignetes Pulverpaar für den Multi-Material-Ansatz aus.
Für die Keramikqualität wählen Sie tetragonale yttria stabilisierte Zirkonia, da der Wärmeausdehnungskoeffizient und die Sintertemperatur mit speziellen rostfreien Stählen vergleichbar sind, sowie die hohe Zähigkeit und Biegefestigkeit dieses Keramischen Materials. Verwenden Sie für die spezifische Metallqualität Edelstahlpulver als leitfähiges und duktiles metallisches Material aufgrund seines vergleichbaren Wärmeausdehnungskoeffizienten und eines ähnlichen Bereichs von Sintertemperaturen wie zirkonia unter einer schützenden Wasserstoffatmosphäre und einem speziellen Fräsverfahren. Um ein stressfreies Co-Sintern zu erreichen, tragen Sie das Zermürbungsfräsen 180 Minuten lang auf die kugelförmigen Edelstahlpartikel auf, um die Partikel in dünne und spröde Flocken umzuformen.
Führen Sie dann 240 Minuten lang planetenkugelfräsen auf den spröden Flocken durch, um die Flocken in sehr feinkörnige Partikel mit einem verringerten Seitenverhältnis, aber einer erhöhten Sinterfähigkeit zu brechen. Den Rohstoff in einem Walzenrotormischer vorteilen. Daher muss das Pulver mit einem Mehrkomponenten-Bindemittelsystem gemischt werden, das den Rohstoff mit einer festen Belastung von 47 Volumenprozent erhält.
Nach dem Vorverdichten muss das kalte, feste Material in einer Schneidmühle granuliert werden. Compoundieren Sie das Material mit hohen Scherraten, um die Dispersion zu verbessern, wie in einem co-rotierenden, Doppelschneckenextruder, wie das Bild zeigt. Sammeln Sie das Material mit einem Förderband und kühlen Sie es auf Raumtemperatur ab.
Am Ende des Förderbandes werden die beiden runden Fäden granuliert. Die im Bild gezeigte Extrusionslinie wird zur Herstellung des Filaments verwendet. Im Einschneckenextruder wird das Material geschmolzen und das Filament durch eine Düse mit einem Durchmesser von mindestens 1,75 Millimetern extrudiert.
Anschließend wird ein Filament mit einem PTFE-Förderband gesammelt. Zum Spulen des Materials wird eine Einheit am Ende des Förderbandes für das automatische Spulen platziert. Messen und Steuern der Abmessungen des Filaments zwischen Zug- und Spuleneinheit.
Filamente mit einem Durchmesserbereich von 1,70 bis 1,80 Millimetern und Ovalilität kleiner als 0,10 Millimeter sind für FFF erforderlich. Für eine bestimmte Extrusionsgeschwindigkeit, nach und nach regulieren Sie das Förderband und Zuggeschwindigkeiten, um die Abmessungen einzustellen. Nach dem Erstellen der CAD-Datei muss das G-COD mithilfe einer Schneidesoftware generiert werden.
In der Software werden der Düsendurchmesser, die Schichthöhen, die Druckgeschwindigkeit und die Drucktemperatur definiert. Im Vorschaumodus kann die Fertigung Schicht für Schicht demonstriert werden. Das Keramikmaterial ist blau und das Metall grün gefärbt.
Korrigieren Sie bei der additiven Fertigung der Multimaterialkomponenten zunächst eine mögliche Fehlausrichtung der Düsen in der 3D-Druckersoftware. Für die Herstellung der Komponenten, laden Druckkopf eins mit dem Zirkonia-Filament und Druckkopf zwei mit dem Edelstahl-Filament. Mit einer Druckkopfgeschwindigkeit von 10 Millimetern pro Sekunde und einer Druckbetttemperatur von 20 Grad Celsius für beide Filamente.
Stellen Sie dann die Zirkonia-Druckkopftemperatur auf 220 Grad Celsius und die Druckkopftemperatur aus Edelstahl auf 240 Grad Celsius ein. Wechseln Sie bei der Herstellung von Mehreren Materialien die Druckkopfbeladung ab, um zwei oder drei verschiedene Schichten zu erreichen. Zum Entbindern der Komponenten tauchen Sie die Probe zunächst acht Stunden lang in 60 Grad Celsius Cyclohexan ein, um einen löslichen Bindemittelgehalt von etwa 7 bis 9 Gewichtsprozent zu entfernen.
Dann übertragen Sie die Proben auf einen Hochtemperatur-Wolframofen in einem reduzierenden Atmoshpere von 80 Prozent Argon und 20 Prozent Wasserstoff, für eine Verweilzeit von drei Stunden für das Sintern der Materialien, gefolgt von der Kühlung des Ofens auf Raumtemperatur. Beim Sintern schrumpfen die Teile um etwa 45 Volumenprozent und durch die reduzierende Atmosphäre wird der Zirkonia in schwarze Farbe. Die endgültigen Teileeigenschaften werden nach diesem Schritt durch Denponieren einer elektrischen Stromquelle erreicht.
Der Metallweg wirkt wie eine Widerstandsheizung, während der isolierende Zirkonia ihn bedeckt. Die Mikrostruktur wurde mit einem Rasterelektronenmikroskop untersucht. Die Mikrographie des sinterten Zweikomponententeils zeigt die Metallmikrostruktur im oberen und die Keramik im unteren Bereich.
Zwischen den beiden Materialien treten mischige Phasen auf, die die Materialbindung zwischen Metall und Keramik herstellen. Die besten Montageergebnisse für das Sinterverhalten aus Edelstahl werden mit einer Zermürbungsfräszeit von 180 Minuten und einer planetenkugelfräsenden Zeit von 240 Minuten erzielt. Hierwird wird ein Vergleich des Sinterverhaltens des Anfangs- und Gefräsens mit dem Sinterverhalten des Zirkoniapulvers gezeigt.
Offensichtlich zeigt das gefräste Metallpulver eine gute Passform im Sinterverhalten im Vergleich zum Zirkonia. Die Compoundierung des Zirkonia-Rohstoffs in einem Doppelschneckenextruder führt zu einer höheren Endzugfestigkeit und Dehnung bei der ultimativen Zugfestigkeit des Materials. Aber ein niedrigerer Secant-Modul im Vergleich zu dem, wenn das Material in einem Rollenrotor-Mischer zusammengesetzt wird.
Bei Zirkonia-Filamenten kann während der Extrusion eine gute Kontrolle der Abmessungen erreicht werden, während bei Filamenten, die das modifizierte Edelstahlpulver enthalten, eine höhere Variabilität des durchschnittlichen Filamentdurchmessers beobachtet wird. In dieser Abbildung: Eine reine Zirkoniaprobe, eine reine Edelstahlprobe und ein gesintertes und gut verbundenes Stahlkeramikverbundwerkstoff können beobachtet werden. Durch das ähnliche Bindemittelsystem beider Materialien ist es möglich, bestimmte Schichten mit einem monolithischen Verbundteil zu verschmelzen.
Hier wird z.B. ein größeres, rundes Teil mit scharfen Übergängen gezeigt. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forschungen auf dem vielfältigen Gebiet, um Materialien zu entwickeln, die für die Herstellung in chirurgischen, Automobil- oder sogar Konsumgütern verwendet werden können. Die Ergebnisse zeigen einen freizügigen Ansatz zur Herstellung von Metallhalbverbundwerkstoffen unter Verwendung von Sicherungsfilamenten, die elektrisch leitfähige und elektrische Isoliereigenschaften in einem Bauteil erzeugen.
