La fabrication additive négative, ou AM, est une méthode rentable pour produire des pièces céramiques ultra dures et denses en formes complexes, ce qui n’aurait pas été possible par les méthodes traditionnelles de coulée. L’utilisation d’un aerogel dans cette technique est unique. Il sert à la fois d’agent gélissant, avec peu ou pas de rétrécissement pendant le moulage, et est également une source de carbone bien dispersée pour le frittage après la pyrolyse.
Le moulage de gel dans les moules imprimés 3D est une technique polyvalente qui peut être étendue à d’autres matériaux. L’agent gelling de formaldéhyde de resorcinol est le mieux adapté aux systèmes de roulement de carbone. Pour commencer, préparez une suspension en deux parties pour prolonger la durée de conservation des suspensions avant le moulage.
Pour ce faire, créez le mélange R en dissolvant 0,88 grammes de polyéthylène dans 25,00 grammes d’eau, à l’aide d’un mélangeur planétaire. Pour créer un mélange F séparé, dissoudre 0,88 grammes de polyéthylène dans 16,83 grammes d’eau, à l’aide d’un mélangeur planétaire. Maintenant, dissoudre 12,60 grammes de poudre de résorcinol dans le mélange R.
La solution doit passer d’un blanc nuageux à une solution transparente claire après la dissolution complète de la poudre du mélange. En outre, ajouter 17,03 grammes de solution de formaldéhyde au mélange f, et assurer un mélange complet. À ce stade, ajouter progressivement 5,25 grammes de poudre de carbure de bore dans le mélange R et F séparément.
Ensuite, ajoutez 6,50 grammes d’acide acétique au mélange R et F, et assurez-vous d’un mélange complet dans chacun d’eux. Pour préparer les moules pour le moulage, imprimez les moules à l’aide d’une imprimante 3D de modélisation de dépôt fusionnée avec du styrène acrylonitrile, ou ABS, filaments. Après avoir bien agité les suspensions, mélanger le mélange R et F pour obtenir la suspension finale.
Avant de moulage, mélanger et appliquer le vide sur le mélange de suspension finale pendant environ 10 minutes, pour enlever les bulles d’air sans faire bouillir l’eau. Ceci peut être accompli en utilisant une plaque d’agitation à 200 à 300 RPM, avec un bocal à vide. Cette étape suivante est la plus critique, parce que l’agent gélissant va commencer à réagir, et provoquer la viscosité de la suspension à augmenter rapidement.
Être conscient de cette étape sensible au temps est crucial pour de meilleurs résultats. Versez immédiatement la suspension désaérée dans le moule imprimé en 3D et scellez le contenant en verre. Placez le moule à l’intérieur du récipient en verre étanche pour éviter la perte d’humidité pendant le processus de séchage.
Placez le récipient scellé avec le moule dans un four de 60 à 80 degrés Celsius pour lancer le processus de séchage. Laissez le plâtre guérir pendant au moins huit heures pour les pièces dont l’échelle est de plusieurs centimètres. Après huit heures, retirer le contenant scellé avec le moule du four et laisser refroidir à température ambiante.
Transférer dans un nouveau récipient, puis ajouter suffisamment d’acétone jusqu’à ce que le moule soit complètement submersé. Ce processus peut prendre jusqu’à deux à quatre jours, selon la quantité de volume qui doit être dissoute. L’agitation minimale du bain d’acétone, ou le chauffer légèrement à 40 degrés C, peut aider à accélérer le processus.
Extraire le corps vert libre du bain d’acétone, après la dissolution du plastique ABS. Placez le corps vert dans un four à 80 degrés Celsius pour assurer un séchage complet et l’élimination de toute l’humidité. Après séchage, placer chaque corps vert dans un tube de quartz de deux pouces tapissé de papier d’aluminium graphite.
Placez les tubes de quartz dans un four avec du gaz qui coule à 250 SCCM, composé de quatre poids pour cent d’hydrogène gazeux, et 96 pour cent de poids de gaz argon, pour créer une atmosphère réductrice pendant le traitement de pyrolyse. Chauffer le corps vert à l’intérieur du four à cinq degrés Celsius par minute, jusqu’à 1050 degrés Celsius, et tenir pendant trois heures. Assurez-vous que le corps vert sort uniformément plus foncé dans la couleur, indiquant la présence de carbone du traitement de pyrolyse.
Maintenant, placez les pièces carbonisées dans un four à graphite avec du gaz d’hélium qui coule sous vide pour le frittage. Chauffer le four à 2 290 degrés Celsius et tenir pendant une heure pour obtenir une densification optimale des pièces. Retirer au bout d’une heure.
La viscosité de la suspension est optimisée pour le gelcasting au pH 2.8, afin de fournir le temps de travail le plus long avant qu’une gelation significative ne se produise. Il y a environ 20 minutes jusqu’à ce qu’une viscosité de 1,0 seconde pascal. Les images de microscope électronique de balayage montrent l’évidence du réseau de carbone spatialement uniforme qui se forme sur les particules de carbure de bore après la pyrolyse du formaldéhyde résorcinol.
La diffraction aux rayons X des échantillons, à divers stades de traitement, confirme également la croissance d’un pic de graphite après la pyrolyse. La microscopie additionnée d’un échantillon transcoupé révèle la faible porosité du produit final, après avoir été fritté à 2 280 degrés Celsius. N’oubliez pas que le formaldéhyde est cancérigène, et travailler avec lui peut être extrêmement dangereux.
Par conséquent, le port d’équipement de protection individuelle approprié, et le travail dans une zone bien ventilée, est essentiel lors de la manipulation des suspensions. Après avoir regardé cette vidéo, j’espère que vous êtes maintenant familier avec le processus de fabrication additif négatif, et peut gelcast gelcast suspensions carbure boron dans des corps verts en forme complexe, et plus tard les fritter à leurs densités complètes.
