A fabricação negativa de aditivos, ou AM, é um método econômico para produzir peças cerâmicas ultra duras e densas em formas complexas, o que não teria sido possível pelos métodos tradicionais de fundição. O uso de um aerogel nesta técnica é único. Ele serve tanto como um agente de gelagem, com pouco ou nenhum encolhimento durante a fundição, e também é uma fonte de carbono bem dispersa para sinterização após pirólise.
Fundição de gel em moldes impressos em 3D é uma técnica versátil que pode ser estendida a outros materiais. O agente de gelagem de formaldeído resorcinol é mais adequado para sistemas de rolamento de carbono. Para começar, prepare uma suspensão de duas partes para ajudar a prolongar a vida útil das suspensões antes do lançamento.
Para isso, crie a mistura R dissolvendo 0,88 gramas de polietileneimina em 25,00 gramas de água, utilizando uma batedeira planetária. Para criar uma mistura F separada, dissolva 0,88 gramas de polietileneimina em 16,83 gramas de água, usando uma batedeira planetária. Agora, dissolva 12,60 gramas de pó resorcinol na mistura R.
A solução deve passar de uma solução branca e clara e transparente após a dissolução completa do pó da mistura. Além disso, adicione 17,03 gramas de solução de formaldeído ao mix f e garanta a mistura completa. Neste ponto, adicione gradualmente 5,25 gramas de pó de carboneto de boro na mistura de R e F separadamente.
Em seguida, adicione 6,50 gramas de ácido acético à mistura R e F, e garanta a mistura completa em cada um. Para preparar moldes para fundição, imprima os moldes usando uma impressora 3D de deposição fundida com estireno de butadieno acrilonitrilo, ou ABS, filamentos. Depois de agitar completamente as suspensões, misture a mistura R e f para obter a suspensão final.
Antes de fundar, misture e aplique vácuo na mistura final de suspensão por cerca de 10 minutos, para remover bolhas de ar sem ferver a água. Isso pode ser realizado usando uma placa de agitação a 200 a 300 RPM, com um frasco de vácuo. Este passo seguinte é o mais crítico, porque o agente de gelagem começará a reagir, e fará com que a viscosidade da suspensão aumente rapidamente.
Estar ciente desse passo sensível ao tempo é crucial para os melhores resultados. Despeje imediatamente a suspensão desomada no molde impresso em 3D e sele o recipiente de vidro. Coloque o molde dentro do recipiente de vidro vedado para evitar a perda de umidade durante o processo de cura.
Coloque o recipiente selado com o molde em um forno de 60 a 80 graus Celsius para iniciar o processo de cura. Deixe o gesso curar por pelo menos oito horas para peças que são vários centímetros em escala de comprimento. Após oito horas, retire o recipiente selado com o molde do forno e deixe esfriar até a temperatura ambiente.
Transfira para um novo recipiente e adicione acetona suficiente até que o molde esteja totalmente submerso. Esse processo pode levar de dois a quatro dias, dependendo da quantidade de volume que precisa ser dissolvido. A agitação mínima do banho de acetona, ou aquecê-lo ligeiramente a 40 graus C, pode ajudar a acelerar o processo.
Extrair o corpo verde livre do banho de acetona, depois que o plástico ABS for dissolvido. Coloque o corpo verde em um forno a 80 graus Celsius para garantir a secagem completa e a remoção de toda a umidade. Após a secagem, coloque cada corpo verde em um tubo de quartzo de duas polegadas forrado com papel alumínio.
Coloque os tubos de quartzo em um forno com gás fluindo a 250 SCCM, consistindo de quatro por cento de gás hidrogênio, e 96 por cento de peso de gás argônio, para criar uma atmosfera redutor durante o tratamento da pirólise. Aqueça o corpo verde dentro do forno a cinco graus Celsius por minuto, até 1.050 graus Celsius, e segure por três horas. Certifique-se de que o corpo verde saia uniformemente mais escuro em cores, indicando a presença de carbono do tratamento da pirólise.
Agora, coloque as partes carbonizadas em um forno de grafite com gás hélio escoado a vácuo para sinterização. Aqueça o forno 2.290 graus Celsius, e segure por uma hora para obter a adensificação ideal das peças. Retire depois de uma hora.
A viscosidade da suspensão é otimizada para gelcasting em pH 2.8, para proporcionar o maior tempo de trabalho antes que ocorra uma gelação significativa. Faltam aproximadamente 20 minutos para uma viscosidade de 1,0 pascal segundos. Imagens de microscópio eletrônico de varredura mostram evidências da rede de carbono espacialmente uniforme que se forma nas partículas de carboneto de boro após a pirólise do formaldeído resorcinol.
A difração de raios-X das amostras, em vários estágios de processamento, também confirma o crescimento de um pico de grafite após a pirólise. Microscopia adicional de uma amostra transversal revela a baixa porosidade do produto final, depois de ser sinterizada a 2.280 graus Celsius. Não se esqueça que formaldeído é cancerígeno, e trabalhar com ele pode ser extremamente perigoso.
Portanto, usar equipamentos de proteção individual adequados e trabalhar em uma área bem ventilada, é essencial para manusear as suspensões. Depois de assistir a este vídeo, espero que agora você esteja familiarizado com o processo de fabricação aditiva negativa, e possa com sucesso gelcast suspensões de carboneto de boro em corpos verdes complexos, e mais tarde sinter-los para suas densidades completas.
