La fabricación aditiva negativa, o AM, es un método rentable para producir piezas cerámicas ultra duras y densas en formas complejas, que no habrían sido posibles gracias a los métodos de fundición tradicionales. El uso de un aerogel en esta técnica es único. Sirve tanto como un agente gelificante, con poca o ninguna contracción durante la fundición, y también es una fuente de carbono bien dispersa para la sinterización después de la pirólisis.
La fundición de gel en moldes impresos en 3D es una técnica versátil que se puede extender a otros materiales. El agente gelificante de formaldehído resorcinol es el más adecuado para sistemas de rodamientos de carbono. Para comenzar, prepare una suspensión de dos partes para ayudar a prolongar la vida útil de las suspensiones antes de la fundición.
Para ello, cree la mezcla R disolviendo 0,88 gramos de polietilenimina en 25,00 gramos de agua, utilizando un mezclador planetario. Para crear una mezcla de F separada, disolver 0,88 gramos de polietilenimina en 16,83 gramos de agua, utilizando un mezclador planetario. Ahora, disolver 12.60 gramos de polvo resorcinol en la mezcla de R.
La solución debe pasar de un blanco turbio a una solución transparente clara después de la disolución completa del polvo de la mezcla. Además, añadir 17,03 gramos de solución de formaldehído a la mezcla f, y asegurar la mezcla completa. En este punto, añadir incrementalmente 5,25 gramos de polvo de carburo de boro en la mezcla R y F mezclar por separado.
A continuación, añadir 6,50 gramos de ácido acético a la mezcla R y la mezcla de F, y asegurar la mezcla completa en cada uno. Para preparar moldes para fundición, imprima los moldes utilizando una impresora 3D de modelado de deposición fusionada con filamentos de acrilonitrilo butadieno o ABS. Después de agitar a fondo las suspensiones, combine la mezcla R y la mezcla F para obtener la suspensión final.
Antes de la fundición, mezclar y aplicar vacío a la mezcla de suspensión final durante unos 10 minutos, para eliminar las burbujas de aire sin hervir el agua. Esto se puede lograr mediante el uso de una placa de agitación a 200 a 300 RPM, con un frasco de vacío. Este siguiente paso es el más crítico, ya que el agente gelificante comenzará a reaccionar y hará que la viscosidad de la suspensión aumente rápidamente.
Ser consciente de este paso sensible al tiempo es crucial para obtener mejores resultados. Vierta inmediatamente la suspensión desbancada en el molde impreso en 3D y selle el recipiente de vidrio. Coloque el molde dentro del recipiente de vidrio sellable para evitar la pérdida de humedad durante el proceso de curado.
Coloque el recipiente sellado con el molde en un horno Celsius de 60 a 80 grados para iniciar el proceso de curado. Deje que el yeso se cure durante al menos ocho horas para las piezas que tienen una escala de varios centímetros de longitud. Después de ocho horas, retire el recipiente sellado con el molde del horno y deje que se enfríe a temperatura ambiente.
Transfiera a un nuevo contenedor y, a continuación, agregue suficiente acetona hasta que el molde esté completamente sumergido. Este proceso puede tardar hasta dos a cuatro días, dependiendo de la cantidad de volumen que debe disolverse. La agitación mínima del baño de acetona, o calentarlo ligeramente a 40 grados C, puede ayudar a acelerar el proceso.
Extraiga el cuerpo verde libre del baño de acetona, después de que el plástico ABS se disuelva. Coloque el cuerpo verde en un horno a 80 grados Centígrados para asegurar el secado completo y la eliminación de toda la humedad. Después del secado, coloque cada cuerpo verde en un tubo de cuarzo de dos pulgadas forrado con papel de grafito.
Coloque los tubos de cuarzo en un horno con gas que fluye a 250 SCCM, que consiste en un gas de hidrógeno de cuatro pesos y un 96 por ciento de peso de gas argón, para crear una atmósfera reductora durante el tratamiento de pirólisis. Calienta el cuerpo verde dentro del horno a cinco grados centígrados por minuto, hasta 1.050 grados centígrados, y sosténta durante tres horas. Asegúrese de que el cuerpo verde sale uniformemente más oscuro en color, lo que indica la presencia de carbono del tratamiento de pirólisis.
Ahora, coloque las partes carbonizadas en un horno de grafito con gas de helio que fluye al vacío para sinterizar. Calienta el horno 2, 290 grados Celsius, y sostén pulsado durante una hora para lograr una densificación óptima de las piezas. Retirar después de una hora.
La viscosidad de la suspensión está optimizada para la gelcasting a pH 2.8, para proporcionar el tiempo de trabajo más largo antes de que se produzca una gelización significativa. Hay aproximadamente 20 minutos hasta una viscosidad de 1.0 segundos pascal. Las imágenes del microscopio electrónico de barrido muestran evidencia de la red de carbono espacialmente uniforme que se forma en las partículas de carburo de boro después de la pirólisis del formaldehído resorcinol.
La difracción de rayos X de las muestras, en varias etapas de procesamiento, también confirma el crecimiento de un pico de grafito después de la pirólisis. La microscopía adicional de una muestra seccionada revela la baja porosidad del producto final, después de ser sinterización a 2,280 grados Celsius. No olvide que el formaldehído es cancerígeno, y trabajar con él puede ser extremadamente peligroso.
Por lo tanto, el uso de un equipo de protección personal adecuado, y trabajar en un área bien ventilada, es esencial cuando se manipulan las suspensiones. Después de ver este video, esperemos que ahora esté familiarizado con el proceso de fabricación aditiva negativa, y puede gelcast con éxito suspensiones de carburo de boro en cuerpos verdes de forma compleja, y más tarde sinterización de ellos a sus densidades completas.
