O objetivo era fabricar um aquecedor infravermelho de ondas longas de forma aditiva. Esta parte mostra o elemento de aquecimento sintered resultante, dois componentes, feitos de zircônia isolante, e aço inoxidável condutivo elétrico feito pela FFF. Ao conectar uma fonte de alimentação, o meandro metálico é aquecido.
Este estudo se concentra na fabricação de TI com uma abordagem de material de montagem para combinar um metal com um soro técnico. A combinação desses diferentes materiais oferece uma ampla variedade de aplicações devido às suas diferentes propriedades elétricas e mecânicas. Essa combinação pode ajudar a responder a perguntas-chave nos campos médico, automotivo e aeroespacial.
Para isso, foi selecionada a fabricação de filamentos de fusíveis. O principal motivo foi a possibilidade de processar diferentes pós independentemente de suas propriedades ópticas. Além disso, o pós-processamento térmico é semelhante a técnicas bem estabelecidas, como a moldagem por injeção em pó, para a qual um equipamento padrão é usado.
A fabricação de filamentos de fusíveis torna-se econômica devido à alta eficiência material e à reciclagem dos materiais. Finalmente, essa técnica é fácil de aumentar para peças maiores, uma vez que o processo conta com uma cabeça de impressão em movimento no eixo. Antes de iniciar o procedimento, selecione um casal de pó adequado para a abordagem multimaterial.
Para o grau cerâmico, selecione zircônia estabilizada tetragonal, devido ao coeficiente de expansão térmica e a temperatura de sinterização ser comparável a aços inoxidáveis especiais, bem como a alta resistência e força flexural deste material cerâmico. Para o grau metálico específico, use pó de aço inoxidável como material metálico condutor e dúctil devido ao seu coeficiente comparável de expansão térmica, e uma gama similar de temperaturas de sinterização às da zircônia sob uma atmosfera de hidrogênio protetora e um procedimento especial de fresagem. Para conseguir uma co-sinterização livre de estresse, aplique a moagem de atrito por 180 minutos às partículas de aço inoxidável esféricos para remodelar as partículas em flocos finos e quebradiços.
Em seguida, realize a moagem de esfera planetária nos flocos quebradiços por 240 minutos para quebrar os flocos em partículas muito finas com uma proporção reduzida, mas uma capacidade de sinterização aumentada. Pré compondo a matéria-prima em uma batedeira de rotores de rolo. Portanto, o pó deve ser misturado com um sistema de aglutinante multicomponente obtendo a matéria-prima com um carregamento sólido de 47 por cento.
Após a pré-composição, o material frio e sólido tem que ser granulado em um moinho de corte. Componha o material a altas taxas de corte para melhorar a dispersão, como em uma extrusora de dois parafusos, como mostra a imagem. Colete o material com uma correia transportadora e esfrie-o até a temperatura ambiente.
No final da correia transportadora, os dois fios em forma de bala são pelletizados. A linha de extrusão mostrada na imagem é usada para produzir o filamento. Na extrusora de parafuso único, o material é derretido e o filamento é extrudido através de um bocal com um diâmetro de pelo menos 1,75 milímetros.
Em seguida, um filamento é coletado com uma correia transportadora PTFE. Para o carretel do material, uma unidade é colocada na extremidade da correia transportadora para bobina automática. Medir e controlar as dimensões do filamento entre a unidade de puxar e o carretel.
Filamentos com uma faixa de diâmetro de 1,70 a 1,80 milímetros e ovalilidade menor que 0,10 milímetros, são necessários para fff. Para uma velocidade de extrusão específica, regular progressivamente a correia transportadora e as velocidades de puxar para ajustar as dimensões. Depois de criar o arquivo CAD, o G-COD deve ser gerado usando um software de fatiamento.
No software, o diâmetro do bocal, as alturas da camada, a velocidade de impressão e a temperatura de impressão são definidas. Em um modo de visualização, a fabricação pode ser demonstrada camada por camada. O material cerâmico é azul e o metal é de cor verde.
Para fabricação aditiva dos componentes multi material, primeiro, corrija qualquer possível desalinhamento dos bicos no software da impressora 3D. Para a fabricação dos componentes, carregue o cabeçoteiro com o filamento de zircônia e o cabeçoso de impressão dois com o filamento de aço inoxidável. Usando uma velocidade de cabeçoteiro de 10 milímetros por segundo, e uma temperatura de cama de impressão de 20 graus Celsius para ambos os filamentos.
Em seguida, coloque a temperatura do cabeçote de zircônia a 220 graus Celsius e a temperatura do cabeçote de aço inoxidável a 240 graus Celsius. Para fabricação multimaterial, alterne o carregamento do cabeçoso de impressão para alcançar duas ou três camadas diferentes. Para desvinculação dos componentes, primeiro submerse a amostra em 60 graus Celsius ciclohexano por oito horas para remover um teor de aglutinante solúvel de uma porcentagem de peso de cerca de 7 a 9.
Em seguida, transfira as amostras para um forno de tungstênio de alta temperatura em um atmoshpere redutor de 80% de argônio e 20% de hidrogênio, por um tempo de moradia de três horas para sinterização dos materiais, seguido pelo resfriamento do forno à temperatura ambiente. Enquanto sinteriza, as peças encolhem cerca de 45% em volume e, devido à atmosfera redutora, a zircônia se transforma em cor preta. As propriedades da parte final são alcançadas após esta etapa, aplicando uma fonte de energia elétrica.
O caminho do metal age como um aquecedor de resistência enquanto a zircônia isolante cobre-o. A microestrutura foi investigada usando um microscópio eletrônico de varredura. O micrografo da parte componente sinterizada mostra a microestrutura metálica na parte superior, e a cerâmica na parte inferior.
Entre os dois materiais, ocorrem fases mistas, proporcionando a ligação material entre metal e cerâmica. Os melhores resultados adequados para o comportamento de sinterização de aço inoxidável são obtidos com um tempo de fresagem de atrito de 180 minutos, e um tempo de moagem de esfera planetária de 240 minutos. Aqui, mostra-se a comparação do comportamento sinterização do pó de aço inicial e moído com o comportamento sinterizante do pó de zircônia.
Obviamente, o pó de metal moído mostra um bom ajuste no comportamento de sinterização em comparação com o zircônia. A composição da matéria-prima da zircônia em uma extrusora de parafuso duplo resulta em uma maior resistência final de tração e alongamento na força de tração final do material. Mas um módulo de secant menor comparado com quando o material é composto em uma batedeira de rotores de rolo.
Para filamentos de zircônia, um bom controle das dimensões pode ser alcançado durante a extrusão, enquanto para filamentos contendo o pó de aço inoxidável modificado, observa-se maior variabilidade do diâmetro médio do filamento. Nesta figura: uma amostra de zircônia pura, uma amostra de aço inoxidável puro, e um composto cerâmico de aço sintered e bem unido pode ser observado. Devido ao sistema de aglutinante similar de ambos os materiais, é possível fundir camadas específicas a uma parte composta monolítica.
Por exemplo, aqui uma parte maior em forma redonda com transições afiadas é mostrada. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisas no campo de múltiplos desenvolver materiais a serem utilizados para produzir em bens cirúrgicos, automotivos ou mesmo de consumo. Os resultados mostram uma abordagem permissiva para a fabricação de semi compósitos metálicos usando a fabricação de filamentos de fusível gerando propriedades isolantes eletricamente condutoras e elétricas em um componente.
