L’objectif était de fabriquer un chauffe-eau infrarouge à ondes longues d’une manière additive. Cette partie montre l’élément de chauffage à deux composants fritté qui en résulte, fait de zirconia isolant, et l’acier inoxydable conductrice électrique fabriqué par fff. En connectant une alimentation électrique, le méandre métallique est chauffé.
Cette étude se concentre sur la fabrication de l’IT avec une approche de matériau de montage pour combiner un métal avec un sérum technique. La combinaison de ces différents matériaux offre une grande variété d’applications en raison de leurs différentes propriétés électriques et mécaniques. Cette combinaison peut aider à répondre à des questions clés dans les domaines médical, automobile et aérospatial.
À cette fin, la fabrication de filaments fusibles a été sélectionnée. La raison principale était la possibilité de traiter différentes poudres indépendamment de leurs propriétés optiques. En outre, le post-traitement thermique est similaire à des techniques bien établies telles que le moulage par injection de poudre, pour lequel un équipement standard est utilisé.
La fabrication de filaments fusibles devient économique en raison de l’efficacité élevée des matériaux et de la recyclabilité des matériaux. Enfin, cette technique est facile à haut de gamme pour les pièces plus grandes puisque le processus repose sur une tête d’impression en mouvement sur l’axe. Avant de commencer la procédure, choisissez un couple de poudre approprié pour l’approche multi-matériaux.
Pour la qualité céramique, sélectionnez yttria tétragonal stabilisé zirconia, en raison du coefficient d’expansion thermique et la température de frittage étant comparable à des aciers inoxydables spéciaux ainsi que la dureté élevée et la force flexurale de ce matériau céramique. Pour la catégorie métallique spécifique, utilisez la poudre d’acier inoxydable comme matériau métallique conductrice et ductile en raison de son coefficient comparable d’expansion thermique, et d’une gamme similaire de températures de frittage à celles de zirconia sous une atmosphère hydrogène protectrice et une procédure spéciale de fraisage. Pour obtenir un frittage sans stress, appliquez le fraisage d’attrition pendant 180 minutes sur les particules sphériques en acier inoxydable pour remodeler les particules en flocons minces et cassants.
Ensuite, effectuez le fraisage planétaire de boule sur les flocons cassants pendant 240 minutes pour casser les flocons en particules à grain très fin avec un rapport d’aspect diminué, mais une capacité accrue de frittage. Précommenter la matière première dans un mélangeur à rotors à rouleaux. Par conséquent, la poudre doit être mélangée avec un système de liant multi-composants obtenant la matière première avec une charge solide de 47 pour cent de volume.
Après la précomposition, le matériau froid et solide doit être granulé dans un moulin à découper. Composéz le matériau à des taux de cisaillement élevés pour améliorer la dispersion, comme dans un extruder à double vis co-rotatif, comme l’image le montre. Recueillir le matériau à l’aide d’une bande transporteuse et le refroidir à température ambiante.
À la fin de la bande transporteuse, les deux fils ronds en forme sont granulés. La ligne d’extrusion indiquée dans l’image est utilisée pour produire le filament. Dans l’extrudeuse à vis unique, le matériau est fondu et le filament est extrudé à travers une buse d’un diamètre d’au moins 1,75 millimètre.
Ensuite, un filament est recueilli avec une bande transporteuse PTFE. Pour la bobine du matériau, une unité est placée à l’extrémité de la bande transporteuse pour la bobine automatique. Mesurer et contrôler les dimensions du filament entre l’unité de traction et de bobine.
Des filaments d’une portée de diamètre de 1,70 à 1,80 millimètres et une ovale inférieure à 0,10 millimètre sont nécessaires pour la FFF. Pour une vitesse d’extrusion particulière, réglez progressivement la bande transporteuse et tirez les vitesses pour ajuster les dimensions. Après la création du fichier CAO, le G-COD doit être généré à l’aide d’un logiciel de tranchage.
Dans le logiciel, le diamètre de la buse, la hauteur des couches, la vitesse d’impression et la température d’impression sont définis. En mode aperçu, la fabrication peut être démontrée couche par couche. Le matériau céramique est bleu et le métal est de couleur verte.
Pour la fabrication additive des composants multi-matériaux, tout d’abord, corriger tout désalignement possible des buses dans le logiciel d’imprimante 3D. Pour la fabrication des composants, chargez printhead un avec le filament de zirconia et printhead deux avec le filament en acier inoxydable. Utilisation d’une vitesse d’impression de 10 millimètres par seconde et d’une température de lit d’impression de 20 degrés Celsius pour les deux filaments.
Ensuite, réglez la température de la tête d’impression zirconia à 220 degrés Celsius et la température de la tête d’impression en acier inoxydable à 240 degrés Celsius. Pour la fabrication multi-matériaux, alternez le chargement de la tête d’impression pour obtenir deux ou trois couches différentes. Pour la débinage des composants, submergez d’abord l’échantillon en cyclohexane de 60 degrés Celsius pendant huit heures pour enlever une teneur en liant soluble d’environ 7 à 9 pourcentage de poids.
Ensuite, transférez les échantillons dans un four à tungstène à haute température dans un atmoshpere réductur de 80 pour cent d’argon et de 20 pour cent d’hydrogène, pendant un temps de vie de trois heures pour le frittage des matériaux, suivi du refroidissement du four à température ambiante. Pendant le frittage, les pièces se rétrécissent d’environ 45 pour cent en volume et, en raison de l’atmosphère réducteuse, la zirconia se transforme en couleur noire. Les propriétés de la dernière partie sont obtenues après cette étape en appliquant une source d’énergie électrique.
Le chemin métallique agit comme un réchauffeur de résistance tandis que la zirconia isolante le recouvre. La microstructure a été étudiée à l’aide d’un microscope électronique à balayage. Le micrographe de la pièce de deux composants frittés montre la microstructure métallique dans la partie supérieure, et la céramique dans la section inférieure.
Entre les deux matériaux, des phases mixtes se produisent, fournissant le lien matériel entre le métal et la céramique. Les meilleurs résultats pour le comportement de frittage en acier inoxydable sont obtenus avec un temps de fraisage d’attrition de 180 minutes, et un temps de fraisage de boule planétaire de 240 minutes. Ici, la comparaison du comportement de frittage de la poudre d’acier initiale et moulue avec le comportement de frittage de la poudre de zirconia, est montrée.
Évidemment, la poudre de métal moulu montre un bon ajustement dans le comportement de frittage par rapport à celui zirconia. La composition de la matière première zirconia dans un extrextruge à vis jumelles entraîne une résistance et une allongement ultimes plus élevés à la force tensile ultime du matériau. Mais un modulus secant inférieur par rapport à quand le matériau est composé dans un mélangeur rotors rouleau.
Pour les filaments de zirconia, un bon contrôle des dimensions peut être réalisé pendant l’extrusion, tandis que pour les filaments contenant la poudre modifiée en acier inoxydable, une variabilité plus élevée du diamètre moyen du filament est observée. Dans ce chiffre: un échantillon de zirconia pur, un échantillon en acier inoxydable pur, et un composite en céramique d’acier fritté et bien joint peut être observé. En raison du système de liant similaire des deux matériaux, il est possible de fusionner des couches spécifiques à une partie composite monolithique.
Par exemple, ici, une pièce plus grande, de forme ronde avec des transitions nettes est montrée. Après son développement, cette technique a ouvert la voie à des recherches dans le domaine multiple pour développer des matériaux à utiliser pour produire dans les produits chirurgicaux, automobiles, ou même de consommation. Les résultats montrent une approche permissive pour fabriquer des semi-composites métalliques utilisant la fabrication de filaments fusibles générant des propriétés isolantes électriquement conductrices et électriques en un seul composant.
