El objetivo era fabricar un calentador infrarrojo de onda larga de una manera aditiva. Esta parte muestra el resultante sinterado, dos componentes de calentamiento, hecho de zirconia aislante, y acero inoxidable conductor eléctrico hecho por FFF. Al conectar una fuente de alimentación, el meandro metálico se calienta.
Este estudio se centra en la fabricación de TI con un enfoque de material de montaje para combinar un metal con un suero técnico. La combinación de estos diferentes materiales ofrece una amplia variedad de aplicaciones debido a sus diferentes propiedades eléctricas y mecánicas. Esta combinación puede ayudar a responder preguntas clave en los campos médico, automotriz y aeroespacial.
Para ello, se seleccionó la fabricación de filamentos de fusibles. La razón principal fue la posibilidad de procesar diferentes polvos independientemente de sus propiedades ópticas. Además, el postprocesamiento térmico es similar a las técnicas bien establecidas, como el moldeo por inyección de polvo, para las que se utiliza un equipo estándar.
La fabricación de filamentos de fusibles se vuelve económica debido a la alta eficiencia del material y la reciclabilidad de los materiales. Por último, esta técnica es fácil de ampliar para piezas más grandes, ya que el proceso se basa en un cabezal de impresión en movimiento en el eje. Antes de comenzar el procedimiento, seleccione una pareja de polvo adecuada para el enfoque multimaterial.
Para el grado cerámico, seleccione la zirconia estabilizada de yttria tetragonal, debido al coeficiente de expansión térmica y la temperatura de sinterización que es comparable a los aceros inoxidables especiales, así como a la alta tenacidad y resistencia a la flexión de este material cerámico. Para el grado metálico específico, utilice polvo de acero inoxidable como material metálico conductor y dúctil debido a su coeficiente comparable de expansión térmica, y un rango similar de temperaturas de sinterización a las de la circonia bajo una atmósfera protectora de hidrógeno y un procedimiento de fresado especial. Para lograr un co-sinterización libre de tensión, aplique fresado por desgaste durante 180 minutos a las partículas esféricas de acero inoxidable para remodelar las partículas en escamas delgadas y quebradizas.
Luego, realiza el fresado de bolas planetarias en las escamas quebradizas durante 240 minutos para romper las escamas en partículas muy finas de grano con una relación de aspecto disminuida, pero una mayor capacidad de sinterización. Preemecer la materia prima en un mezclador de rotores de rodillos. Por lo tanto, el polvo tiene que ser mezclado con un sistema de aglutinante multicomponente que obtenga la materia prima con una carga sólida de 47 por ciento de volumen.
Después de la pre-composición, el material frío y sólido tiene que ser granulado en un molino de corte. Componer el material a altas tasas de cizallamiento para mejorar la dispersión, como en un extrusor de doble tornillo co-rotación, como muestra la imagen. Recoger el material con una cinta transportadora y enfriarlo a temperatura ambiente.
Al final de la cinta transportadora, las dos roscas redondas se peletizan. La línea de extrusión que se muestra en la imagen se utiliza para producir el filamento. En el extrusor de un solo tornillo, el material se funde y el filamento se extruye a través de una boquilla con un diámetro de al menos 1,75 milímetros.
Luego, se recoge un filamento con una cinta transportadora de PTFE. Para enrollar el material, se coloca una unidad al final de la cinta transportadora para bobinado automático. Mida y controle las dimensiones del filamento entre la unidad de tracción y la bobina.
Los filamentos con un rango de diámetro de 1.70 a 1.80 milímetros y ovalilidad menor que 0.10 milímetros, son necesarios para FFF. Para una velocidad de extrusión determinada, regular progresivamente la cinta transportadora y las velocidades de tracción para ajustar las dimensiones. Después de crear el archivo CAD, el G-COD debe generarse mediante un software de corte.
En el software, se define el diámetro de la boquilla, las alturas de capa, la velocidad de impresión y la temperatura de impresión. En un modo de vista previa, la fabricación se puede demostrar capa por capa. El material cerámico es azul y el metal es de color verde.
Para la fabricación aditiva de los componentes de material múltiple, en primer lugar, corrija cualquier posible desalineación de las boquillas en el software de la impresora 3D. Para la fabricación de los componentes, cargue el cabezal de impresión uno con el filamento de zirconia y el cabezal de impresión dos con el filamento de acero inoxidable. Usando una velocidad de cabezal de impresión de 10 milímetros por segundo, y una temperatura del lecho de impresión de 20 grados Celsius para ambos filamentos.
A continuación, ajuste la temperatura del cabezal de impresión de zirconia a 220 grados Centígrados y la temperatura del cabezal de impresión de acero inoxidable a 240 grados centígrados. Para la fabricación de varios materiales, altere la carga del cabezal de impresión para lograr dos o tres capas diferentes. Para la desvinculación de los componentes, primero sumerja la muestra en 60 grados Celsius cyclohexane durante ocho horas para eliminar un contenido soluble de aglutinante de un porcentaje de peso de aproximadamente 7 a 9.
Luego, transfiera las muestras a un horno de tungsteno de alta temperatura en un atmoshpere reductor de 80 por ciento de argón y 20 por ciento de hidrógeno, para un tiempo de permanencia de tres horas para la sinterización de los materiales, seguido por el enfriamiento del horno a temperatura ambiente. Mientras que la sinterización, las piezas se encogen alrededor de 45 por ciento en volumen y, debido a la atmósfera reductora, la circonia se convierte en color negro. Las propiedades de la pieza final se logran después de este paso mediante la aplicación de una fuente de energía eléctrica.
La trayectoria metálica actúa como un calentador de resistencia, mientras que la zirconia aislante lo cubre. La microestructura fue investigada utilizando un microscopio electrónico de barrido. El micrograph de la parte de dos componentes sintered muestra la microestructura metálica en la parte superior, y la cerámica en la sección inferior.
Entre los dos materiales, se producen fases mixtas, proporcionando la unión de material entre el metal y la cerámica. Los mejores resultados de ajuste para el comportamiento de sinterización de acero inoxidable se obtienen con un tiempo de fresado de desgaste de 180 minutos, y un tiempo de molienda de bolas planetaria de 240 minutos. Aquí, se muestra la comparación del comportamiento de sinterización del polvo de acero inicial y fresado con el comportamiento de sinterización del polvo de circonia.
Obviamente, el polvo de metal fresado muestra un buen ajuste en el comportamiento de sinterización en comparación con el de zirconia. La composición de la materia prima de zirconia en un extrusor de doble tornillo da como resultado una mayor resistencia a la tracción final y elongación a la resistencia a la tracción final del material. Pero un módulo de secante inferior en comparación con cuando el material se compone en un mezclador de rotores de rodillos.
Para los filamentos de zirconia, se puede lograr un buen control de las dimensiones durante la extrusión, mientras que para los filamentos que contienen el polvo de acero inoxidable modificado, se observa una mayor variabilidad del diámetro medio del filamento. En esta figura: se puede observar una muestra de circonio puro, una muestra de acero inoxidable puro y un compuesto cerámico de acero sinterado y bien unido. Debido al sistema de aglutinante similar de ambos materiales, es posible fusionar capas específicas a una pieza compuesta monolítica.
Por ejemplo, aquí se muestra una parte más grande de forma redonda con transiciones nítidas. Después de su desarrollo, esta técnica allanó el camino para que las investigaciones en el campo múltiple desarrollaran materiales que se utilizaran para producir en bienes quirúrgicos, automotrices o incluso de consumo. Los resultados muestran un enfoque permisivo para fabricar semicompuestos metálicos utilizando la fabricación de filamentos fusibles generando propiedades aislantes eléctricamente conductoras y eléctricas en un solo componente.
