Name: additive manufacturing of functionally graded ceramic materials by stereolithography
Uploaded: 2019-01-25T13:45:00
Duration: 6 min 53 s
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इस परियोजना अनुदान समझौते सं ६७८५०३ के तहत यूरोपीय संघ के क्षितिज २०२० अनुसंधान और नवाचार कार्यक्रम से धन प्राप्त हुआ है ।

<ol>
	<li>Scheithauer, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-reactors+made+by+Lithography-based+Ceramic+Manufacturing+(LCM).">Micro-reactors made by Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM).</a> Ceramic Transactions. 258, (2016).</li><li>Scheithauer, U., Schwarzer, E., Moritz, T., Michaelis, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Additive+Manufacturing+of+Ceramic+Heat+Exchanger:+Opportunities+and+Limits+of+the+Lithography-Based+Ceramic+Manufacturing+(LCM).">Additive Manufacturing of Ceramic Heat Exchanger: Opportunities and Limits of the Lithography-Based Ceramic Manufacturing (LCM).</a> Journal of Materials Engineering and Performance. 27 (1), 14-20 (2018).</li><li>Homa, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+Prototyping+of+high-performance+ceramics+opens+new+opportunities+for+the+CIM+industry.">Rapid Prototyping of high-performance ceramics opens new opportunities for the CIM industry.</a> Powder Injection Molding International. 6 (3), 65-68 (2012).</li><li>Chartier, T., Badev, A., Somiya, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+Prototyping+of+Ceramics.">Rapid Prototyping of Ceramics.</a> Handbook of Advanced Ceramics. , 489-524 (2013).</li><li>Travitzky, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Additive+Manufacturing+of+ceramic-based+materials.">Additive Manufacturing of ceramic-based materials.</a> Advanced Engineering Materials. 16, 729-754 (2014).</li><li>Hull, C. 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लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

चिकित्सा प्रत्यारोपण के लिए, कच्चे माल के लिए उच्च शुद्धता का होना है, आदर्श रूप में ९९.९% और अधिक । इस प्रोजेक्ट में, एक गैर-वाणिज्यिक एल्यूमिना पाउडर के साथ एक संकीर्ण कण आकार वितरण, एक औसत कण आकार < ०.५ µm, और लगभग 7 m2/g की एक विशिष्ट सतह का उपयोग किया जाता है । वैकल्पिक रूप से, यह भी वाणिज्यिक सामग्री रचनाओं का उपयोग करने के लिए संभव है ।
आदेश में इन विशेष रूप से सिरेमिक slurries के लिए सबसे उपयुक्त हैंडलिंग शर्तों को प्राप्त करने के लिए, aforementioned मुद्रण प्रौद्योगिकी का उपयोग करें । इस प्रौद्योगिकी एक परिवहन पंनी प्रणाली है कि एक जलाशय से छपाई क्षेत्र के घोल वहन के साथ सुसज्जित है । मुद्रण क्षेत्र तल पर एक पारदर्शी कांच की सतह से बना है, जिसके तहत वहां एक प्रकाश स्रोत है कि परियोजनाओं कटा हुआ परतों है । मुद्रण क्षेत्र के शीर्ष पर, वहाँ एक इमारत मंच है कि खड़ी ऊपर और नीचे एक जेड अक्ष स्लाइड के लिए धन्यवाद स्थानांतरित कर सकते हैं. उत्पाद, फिर, मुद्रण क्षेत्र के ऊपर, वैक्यूम चूषण द्वारा संलग्न किया जा सकता है कि धातु मुद्रण प्लेट की सतह पर लटकी हुई है । अप्रयुक्त घोल तो एक वाइपर द्वारा एकत्र की है, जीर्णोद्वार, और मूल जलाशय में वापस पंप, इस प्रकार एक बंद सर्किट जो शोधकर्ताओं घोल कि 3 डी मॉडल के निर्माण के लिए भस्म नहीं था पुनः प्रयोग करने की अनुमति देता है बनाने । विभिन्न सॉफ्टवेयर मापदंडों अलग घोल रचनाओं और सिरेमिक भराव के लिए प्रक्रिया को अनुकूलित करने के क्रम में बदला जा सकता है । प्रिंटर नियंत्रित प्रकाश, तापमान, और आर्द्रता सेटिंग्स के साथ एक कमरे में रखा जाना चाहिए । कमरे के बाहर प्रकाश के लिए एक यूवी फिल्टर के साथ सुसज्जित किया जाना चाहिए; इसके अलावा, यह लगभग 20-24 डिग्री सेल्सियस और ४०% से नीचे एक रिश्तेदार आर्द्रता के तापमान की सिफारिश की है । FESEM इमेजिंग आपूर्तिकर्ता द्वारा सैद्धांतिक ०.४५-µm एल्यूमिना सामग्री विश्लेषण की तुलना में deagglomeration के बाद एल्यूमिना चूर्ण का एक स्पष्ट बड़ा औसत कण आकार दिखाता है । यह ढेर के संदर्भ में समझाया जा सकता है । सुखाने के दौरान, deagglomeration कदम के बाद, कणों फिर से agglomerate, के रूप में चित्रा 1 डीमें देखा । निलंबन की तैयारी के दौरान पुनः agglomerated कणों को सतह functionalization कदम की बदौलत फैलाया जा सकता है. एक छोटे स्पष्ट कण आकार चित्रा 3में घोल के FESEM इमेजिंग में देखा जा सकता है ।
rheological व्यवहार के विषय में, सिरेमिक SLA प्रौद्योगिकी (जैसे, Admaflex प्रौद्योगिकी) के लिए एक आदर्श घोल एक कतरनी व्यवहार thinning होना चाहिए (यानी, उच्च कतरनी दरों पर गतिशील चिपचिपापन कम) । एक वितरण इकाई के भीतर पंनी या उपयोग का समर्थन पर एक इष्टतम कलाकारों के लिए, गतिशील चिपचिपापन कम कतरनी दरों पर एक आदर्श सीमा पर रखा जाना चाहिए । कम कतरनी दरों पर बहुत उच्च गतिशील चिपचिपापन के मामले में, २०० µm की एक घोल परत की ढलाई के लिए डॉक्टर ब्लेड के नीचे अंतर को भरने के प्रवाह की कमी से प्रभावित हो सकता है । गतिशील चिपचिपापन यह बहुत कम है, तो निलंबन खुद के द्वारा ब्लेड या प्राकृतिक प्रवाह (गुरुत्वाकर्षण) के कारण समर्थन पंनी से दूर नीचे जलाशय से प्रवाह हो सकता है । सभी की जांच की निलंबन के लिए, गतिशील चिपचिपापन एक बढ़ती कतरनी दर के साथ कम हो जाती है । इष्टतम निलंबन प्रवाह व्यवहार संरचना 1 (चित्रा 2) द्वारा दिया जाता है । घोल रचना में विभिन्न परिवर्तन निलंबन के rheological व्यवहार को प्रभावित करते हैं । आवश्यक रेंज में एक कम गतिशील चिपचिपापन के साथ इष्टतम प्रवाह व्यवहार निलंबन यौगिक 1 द्वारा प्राप्त किया गया था । पाउडर सामग्री या फैलाव एजेंट (यौगिक 2) की एक गैर इष्टतम सामग्री की वृद्धि और बांधने की मशीन-crosslinker अनुपात की एक उच्च मात्रा का उपयोग करते हुए बहुआयामी crosslinker का एक परिवर्तन (संरचना 3) गतिशील चिपचिपापन की वृद्धि करने के लिए नेतृत्व किया, प्रक्रिया के लिए हितकर है । यदि पाउडर सामग्री कम है, एक साथ बहुआयामी crosslinker के एक कम सामग्री के साथ और संयोजन में dispersing एजेंट (संरचना 4) के एक गैर-इष्टतम सामग्री के साथ, गतिशील चिपचिपापन दृढ़ता से कम है, संभवतः एक अस्थिर करने के लिए अग्रणी निलंबन.
प्रकाश विकिरण पर slurries के भंडारण मापांक G ´ में परिवर्तन निलंबन के इलाज के व्यवहार के बारे में अधिक जानने के लिए मदद कर सकते हैं । यह प्रिंटिंग डिवाइस पर ही इलाज की गहराई पर प्रयोगात्मक परीक्षणों से पूरित है । अलग इलाज समय पर इलाज व्यवहार एक इष्टतम rheological व्यवहार के साथ एक एल्यूमिना निलंबन के लिए विशेषता थी । इलाज शुरू होने से पहले, निलंबन जी ´ का एक निंन स्तर दिखाता है और १०० फिलीस्तीनी अथॉरिटी के नीचे मूल्यों को प्रस्तुत करता है । जब इलाज शुरू होता है, photoreactive ऑर्गेनिक्स के एक बहुलकीकरण एक उच्च स्तर के लिए जी ´ की वृद्धि से आस्थगित किया जा सकता है । एक बढ़ती इलाज समय के साथ, जी ´ की ढलान 105 से 107 फिलीस्तीनी अथॉरिटी जो संरचना पर निर्भर करता है की एक सीमा में एक अधिकतम करने के लिए बढ़ जाती है । 1 के एक इलाज के समय 106 फिलीस्तीनी अथॉरिटी, जो एक ंयूनतम आवश्यक शक्ति के लिए पर्याप्त नहीं है नीचे एक अंतिम जी ´ के लिए नेतृत्व किया । एक बढ़ती इलाज समय के साथ, अधिक ऊर्जा (फोटॉनों) निलंबन है, जो रूपांतरण की एक तेज और उच्च डिग्री (उच्च ढलान) के एक परिणाम के रूप में एक उच्च जी ´ की ओर जाता है की आपूर्ति की है । विकसित एल्यूमिना निलंबन के लिए इष्टतम इलाज का समय 2 से 3 एस की श्रेणी में होना चाहिए । 4 एस के एक इलाज के समय के साथ, जी ´ के अंतिम स्तर और इलाज ढलान बड़े मूल्यों, 2 x 106 Pa ऊपर है । रूपांतरण लगभग पूरा हो गया है और लगभग कोई खरीद पॉलिमर मौजूद है । इसके अलावा ऊर्जा की आपूर्ति घोल और बहुलक के एक अत्यधिक कठोर, एक भंगुर संरचना है जो इमारत मंच के साथ उत्पाद के लगाव पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ता है में जिसके परिणामस्वरूप के इलाज में परिणाम हो सकता है ।
इस पांडुलिपि के लिए चुना एकल खात्मा परीक्षण घटक एक hemi-दाढ़ की हड्डी प्रत्यारोपण संरचना है कि एक घने बाहरी कवच और एक छिद्रित अस्थि की तरह केंद्रीय कोर, के रूप में चित्रा 5में देखा जा सकता है शामिल है । यह मॉडल additived और sintered दोष मुक्त हो सकता है, के रूप में FESEM इमेजिंग द्वारा देखा । ठीक संरचनाओं और दीवार की मोटाई (कम से ०.१ मिमी) महसूस किया जा सकता है और sintering के दौरान कोई स्पष्ट विकृति हुई । यह पाया गया कि एकल एल्यूमिना अवयव का microstructure sintering तापक्रम पर एल्यूमिना के सिरेमिक प्रसंस्करण के लिए विशिष्ट होता है, जो कि सजातीय अनाज के आकार का होता है । थोक क्षेत्रों में porosity बहुत कम है (< 1%), और एक घनत्व > ९९%, सैद्धांतिक घनत्व की तुलना में, प्राप्त किया गया था ।

उच्च परिसर में तकनीकी चीनी मिट्टी के कई औद्योगिक क्षेत्रों सहित आवेदन के लगभग हर क्षेत्र में मांग में तेजी से कर रहे हैं । मानव स्वास्थ्य देखभाल के क्षेत्र में प्रत्येक रोगी के लिए उत्पादों की वैयक्तिकरण की आसानी का एक परिणाम के रूप में अधिक से अधिक आवेदन पाता है । पिछले दशक में, additive विनिर्माण व्यक्तिगत चिकित्सा उपचार के विकल्प में इजाफा किया है ।
Additive विनिर्माण (AM) एक प्रसंस्करण प्रौद्योगिकी है कि एक कंप्यूटर के अनुवाद की अनुमति देता है, सामग्री के अलावा अनुक्रम द्वारा एक भौतिक उत्पाद में 3 डी मॉडल उत्पंन । सामांय में, 2 की एक श्रृंखला-डी परतें एक स्टैक है कि एक 3 में परिणाम-डी आकार, एक के साथ घटकों के उत्पादन की अनुमति, अब तक, डिजाइन की अभूतपूर्व स्वतंत्रता । यह बहुलक और धातुओं के लिए राज्य के अत्याधुनिक तकनीक को आकार देने के लिए माना जाता है । पहले सिरेमिक प्रसंस्करण के लिए औद्योगिक प्रौद्योगिकियों उपलब्ध है1,2, और लगभग सभी ज्ञात हूं प्रौद्योगिकियों के लिए इस्तेमाल कर रहे है एकल सामग्री चीनी मिट्टी की चीज़ें प्रयोगशालाओं में सभी दुनिया भर में3,4, 5. AM, विशेष रूप से stereolithography, 1980 के दशक में शुरू हुआ और6पतवार द्वारा विकसित किया गया था । विभिंन विनिर्माण दृष्टिकोण और सामग्री उत्पाद संपत्तियों की एक किस्म के लिए सीसा, इस तरह के आकार, किसी न किसी, या यांत्रिक गुणों के रूप में । सभी additive विनिर्माण तकनीक दो समूहों में वर्गीकृत किया जा सकता है: प्रत्यक्ष additive विनिर्माण प्रौद्योगिकियों5, जो सामग्री के चुनिंदा जमाव के आधार पर कर रहे है (जैसे, प्रत्यक्ष Inkjet की तरह सामग्री jetting प्रक्रियाओं मुद्रण या थर्माप्लास्टिक 3-डी मुद्रण [T3DP])7,8,9,10, और अप्रत्यक्ष additive विनिर्माण प्रौद्योगिकियों, जो सामग्री के चयनात्मक समेकन पर आधारित है जो पूरी परत पर जमा है (जैसे, सिरेमिक stereolithography [SLA]) ।
जटिलता और नए अनुप्रयोगों की तत्परता के एक सुधार की मांग कर रहा हूं चीनी मिट्टी प्रसंस्करण प्रौद्योगिकियों । उदाहरण के लिए, विशेष नवीन औद्योगिक या चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए बहुत ही घटक है, जो कार्यात्मक वर्गीकृत सामग्री (FGMs) की ओर जाता है भीतर विभिंन गुणों को शामिल किया है । इन सामग्रियों में microstructure या सामग्री11में संक्रमण के विषय में गुणों की एक किस्म शामिल हैं । ये संक्रमण असतत या निरंतर हो सकता है । विभिन्न प्रकार के FGMs जाने जाते हैं, जैसे सामग्री ग्रेडिएंट या वर्गीकृत porosity के साथ-साथ बहु-रंग के घटक. खात्मा घटकों एकल पारंपरिक आकार देने प्रौद्योगिकियों द्वारा निर्मित किया जा सकता है12,13,14,15,16,17 या इन प्रौद्योगिकियों के एक संयोजन के द्वारा, उदाहरण के लिए, में-मोल्ड लेबलिंग के रूप में टेप कास्टिंग और इंजेक्शन मोल्डिंग का एक संयोजन के रूप में18,19।
के लाभों के साथ हूं गठबंधन करने के लिए FGMs के लाभ सिरेमिक-आधारित 4-डी घटकों20 (ज्यामिति के लिए तीन आयामों और प्रत्येक स्थिति में सामग्री संपत्तियों के विषय में स्वतंत्रता के एक डिग्री), Admatec यूरोप विकसित किया है एक stereolithography-आधारित 3-डी मुद्रण डिवाइस "CerAMfacturing" के भीतर बहु-कार्यात्मक या बहु-सामग्री घटकों के AM के लिए यूरोपीय अनुसंधान परियोजना ।
खात्मा घटकों के लिए अनुकूलित प्रौद्योगिकी एक stereolithography आधारित दृष्टिकोण है कि एक डिजिटल micromirror डिवाइस चिप (DMD) युक्त प्रकाश स्रोत के रूप में एक डिजिटल लाइट प्रोसेसर (DLP) रोजगार, एक राल जो अलग पाउडर के साथ मिलाया जा सकता polymerize के लिए इस्तेमाल किया जाता है । DMD चिप कई सौ हजार सूक्ष्म दर्पण की एक सरणी है, जो छवि में पिक्सल के अनुरूप प्रदर्शित होने के लिए । पिक्सेल की एक ऑन-ऑफ स्थिति सेट करने के लिए दर्पण को व्यक्तिगत रूप से घुमाया जा सकता है । सबसे अधिक कार्यरत रेजिन acrylate और/या urethane मोनोमर के मिश्रण पर आधारित हैं । इन मिश्रण में, हम भी अंय additives पाया, जैसे प्रकाश अवशोषित photoinitiator अणुओं और रंजक । राल मिश्रण आमतौर पर एक कंटेनर या स्नान में डाला जाता है, भी वैट कहा जाता है । बहुलकीकरण एक photoinitiator अणु की प्रतिक्रिया से प्रेरित है (PI), प्रकाश DMD चिप द्वारा उत्पंन फोटॉनों के साथ । अलग राल मोनोमर संरचनाओं अलग बहुलकीकरण दरों, संकोचन, और अंतिम संरचना में परिणाम हो सकता है । उदाहरण के लिए, monofunctional मोनोमर बनाम polyfunctional मोनोमर के उपयोग के पार में एक प्रभाव है, बहुलक नेटवर्क के जोड़ने ।
एक सबसे महत्वपूर्ण मानकों के खाते में सिरेमिक SLA के साथ लेने के लिए प्रकाश बिखरने का उत्पादन किया है जब प्रकाश (फोटॉनों) विभिंन सामग्रियों के माध्यम से ट्रैवर्सल प्रभाव है । यह बहुत प्रभावित है; इस मामले में, रेजिन एक निलंबन या घोल उत्पन्न करने के लिए पाउडर की एक राशि के साथ संयुक्त कर रहे हैं । घोल है, तो, सामग्री है कि प्रकाश के लिए एक अलग अपवर्तन सूचकांक वर्तमान से बना । राल और पाउडर के अपवर्तन सूचकांक मूल्यों के बीच एक बड़ा अंतर परतों की आयामी सटीकता को प्रभावित करता है, बहुलकीकरण दरों, और कुल प्रकाश खुराक बहुलकीकरण प्रतिक्रिया को ट्रिगर करने के लिए. जब प्रकाश निलंबन में प्रवेश करती है, पाउडर कणों (यानी, चीनी मिट्टी, धातु, या अंय पॉलिमर) प्रकाश पथ diffract । यह प्रभाव (विकिरणित) फोटॉनों के मूल पथ में परिवर्तन लाती है । यदि फोटॉनों जोखिम दिशा के लिए एक पथ परोक्ष है, वे एक स्थान है कि मूल दिशा में आड़ा जा सकता है में एक बहुलकीकरण प्रतिक्रिया उत्पंन कर सकते हैं । जब ठीक घोल के क्षेत्र उजागर क्षेत्र से बड़ा है इस घटना को अधिक जोखिम में परिणाम है । इसी तरह, यह के तहत बेनकाब होगा, जब ठीक घोल परत मूल रूप से उजागर क्षेत्र से छोटा है ।
पांडुलिपि के भीतर, एक घने और macroporous संरचना के संयोजन एल्यूमिना घटकों के लिए अनुसंधान, Admaflex प्रौद्योगिकी का उपयोग करके एहसास हुआ, वर्णन किया गया है । के रूप में "CerAMfacturing" यूरोपीय अनुसंधान परियोजना में बताया गया है, का खात्मा सिरेमिक पार्ट्स का उत्पादन एक उच्च संकल्प और अच्छी सतह संपत्तियों की मांग अनुप्रयोगों को पूरा करने की आवश्यकता है । DLP stereolithographic प्रौद्योगिकियों, जैसे यहां वर्णित एक के रूप में, शोधकर्ताओं ने ऐसी चीनी मिट्टी आधारित प्राप्त करने के लिए, पूरी तरह कार्यात्मक घटकों की अनुमति देता है ।

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Taimicron (TM-100D)</td>
			<td>Taimei Chemicals Co Ltd., Japan</td>
			<td>&#8230;</td>
			<td>alumina (commercial)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BYK LP C22124</td>
			<td>BYK-Chemie GmbH, Germany&#160;</td>
			<td>&#8230;</td>
			<td>dispersant&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mastersizer 2000</td>
			<td>Malvern Instruments Ltd., United Kingdom</td>
			<td>&#8230;</td>
			<td>laser diffractometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TriStar 3000</td>
			<td>Micromeritics Instrument Corp., USA</td>
			<td>&#8230;</td>
			<td>adsorption/desorption</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pulverisette 5/4 classic line</td>
			<td>Fritsch GmbH, Germany</td>
			<td>&#8230;</td>
			<td>planetary ball mill</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thinky ARV-310</td>
			<td>C3-Prozesstechnik, Germany</td>
			<td>&#8230;</td>
			<td>high-speed planetary ball mill</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Modular Compact Rheometer MCR 302&#160;</td>
			<td>Anton Paar, Graz, Austria</td>
			<td>&#8230;</td>
			<td>rheometer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV-LED Smart</td>
			<td>Opsytec Dr. Gr&#246;bel GmbH, Germany</td>
			<td></td>
			<td>blue LED&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>prototype</td>
			<td>Admatec, Netherland</td>
			<td>&#8230;</td>
			<td>Admaflex</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NA120/45</td>
			<td>Nabertherm, Germany</td>
			<td>&#8230;</td>
			<td>debinding furnace</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LH 15/12</td>
			<td>Nabertherm, Germany&#160;</td>
			<td>&#8230;</td>
			<td>sintering furnace</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gemini 982&#160;</td>
			<td>Zeiss, Germany&#160;</td>
			<td>&#8230;</td>
			<td>FESEM</td>
		</tr>
	</tbody>
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additive manufacturing of functionally graded ceramic materials by stereolithography

एक additive विनिर्माण प्रौद्योगिकी को कार्यात्मक रूप से वर्गीकृत सिरेमिक पार्ट्स प्राप्त करने के लिए लागू किया जाता है । इस प्रौद्योगिकी, डिजिटल प्रकाश प्रसंस्करण पर आधारित/stereolithography, CerAMfacturing यूरोपीय अनुसंधान परियोजना के दायरे के भीतर विकसित की है । एक त्रि-आयामी (3-डी) hemi-दाढ़ की हड्डी की अस्थि-संरचना की तरह 3-डी कस्टम एल्यूमीनियम ऑक्साइड बहुलक मिश्रण का उपयोग कर मुद्रित है । पाउडर और मिश्रण पूरी तरह से rheological व्यवहार के मामले में विश्लेषण कर रहे है ताकि मुद्रण प्रक्रिया के दौरान उचित सामग्री हैंडलिंग सुनिश्चित करने के लिए । संभावना कार्यात्मक वर्गीकृत Admaflex प्रौद्योगिकी का उपयोग कर सामग्री मुद्रित करने के लिए इस दस्तावेज़ में समझाया गया है । फील्ड-उत्सर्जन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (FESEM) बताते हैं कि sintered एल्यूमीनियम ऑक्साइड सिरेमिक हिस्सा एक porosity से कम 1% है और मूल स्तरित संरचना के कोई शेष नहीं विश्लेषण के बाद पाया जाता है ।

एकल सामग्री घटकों के उत्पादन के लिए और, अंततः, कार्यात्मक वर्गीकृत संरचनाओं एक macroscopic रेंज में घने और असुरक्षित वर्गों का एक संयोजन के माध्यम से, केवल एल्यूमिना पर आधारित निलंबन का इस्तेमाल किया गया है ।
फैलाव के बाद प्रयुक्त एल्यूमिना चूर्ण का औसत कण व्यास (D५०) का मापन परिणाम ०.४७ µm था । यह परिणाम ०.४५ से ०.५ µm के एक वास्तविक कण आकार की दी गई जानकारी के साथ संबंधित है आपूर्तिकर्ता से । चित्र 1a तैयार करने से पहले एल्यूमिना पाउडर के FESEM विश्लेषण से पता चलता है और विस्तार में एक दानेदार सतह की एक FESEM छवि 1b आंकड़ा । चित्रा 1C और चित्रा 1 डी एक सूखे राज्य में deagglomerated एल्यूमिना के लिए एक ही दिखा । अनुपचारित पाउडर एकल प्राथमिक कणों के रूप में मौजूद नहीं हैं, लेकिन बड़े गोलाकार granules के रूप में (१०० µm अप करने के लिए एक व्यास के साथ), जो सूखे दबाने कच्चे माल के लिए एक विशिष्ट शर्त है । दानेदार सतहों के FESEM छवियों के एल्यूमिना के प्राथमिक कणों अनुपचारित (आंकड़ा 1b) और deagglomerated (चित्रा 1 डी) लगभग ०.४५ µm के एक वास्तविक कण आकार के साथ दिखाते हैं ।
चित्रा 2 कतरनी दर के एक समारोह के रूप में एल्यूमिना पाउडर के आधार पर विकसित निलंबन के गतिशील चिपचिपापन से पता चलता है-लघुगणकीय प्रस्तुति-और विभिंन पाउडर सामग्री, बांधने की मशीन-crosslinker के विषय में विभिन्न रचनाओं के आधार पर अनुपात, और dispersing एजेंट की सामग्री । सभी निलंबन रचनाएं एक कतरनी thinning व्यवहार दिखाने के लिए, लेकिन गतिशील viscosities के विभिंन स्तरों ।
निलंबन एकरूपता चित्र 3 में सिरेमिक राल की एक पतली स्लाइस के एक FESEM छवि के साथ दिखाया गया है । चीनी मिट्टी प्राथमिक कणों स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं, जबकि बहुलक राल कुछ हद तक इलेक्ट्रॉन डिटेक्टर द्वारा पता नहीं है ।
समय पर निर्भर करता है के रूप में इलाज व्यवहार की विशेषताएं करने के लिए समय के एक समारोह के रूप में भंडारण मापांक G ´ का मापन चित्रा 4में दिखाया गया है । मुद्रण डिवाइस के समायोज्य पैरामीटर मुद्रण के दौरान इलाज के समय का मूल्यांकन करने में मदद करता है । आम तौर पर, निलंबन एक स्थिर विरूपण के लिए १,००० Pa नीचे जी ´ के एक निरंतर स्तर को दर्शाता है । निलंबन के जोखिम के दौरान, जो ६० एस के बाद शुरू होता है, जी ´ जोखिम समय के आधार पर बढ़ जाती है-1 से 20 एस की एक सीमा में विविध-जी ´, 105 फिलीस्तीनी अथॉरिटी के ऊपर एक उच्च स्तर के लिए । आरेख के भीतर, घटता ठीक बहुलक की ताकत पर प्रभाव दिखाने के लिए एक निलंबन के विभिन्न जोखिम समय का प्रतिनिधित्व-सिरेमिक-समग्र.
सिरेमिक SLA मुद्रण उपकरण, Admaflex प्रौद्योगिकी का उपयोग कर, परिवहन प्रणाली के लिए उच्च चिपचिपापन सिरेमिक slurries धंयवाद संभाल कर सकते हैं । यह खात्मा पार्ट्स द्वारा पिक्सेल द्वारा पिक्सेल नियंत्रण की कल्पना की जा सकती है जो नेटवर्क के प्रत्येक अनुभाग के लिए विकिरणित लाइट को निर्देशित करता है । इसके अंतर्गत और अधिक जोखिम वाले प्रभावों को समान पिक्सेल-दर-पिक्सेल नियंत्रण सुविधा द्वारा क्षतिपूर्ति की जा सकती है. इसके अलावा, यह एक विकसित सॉफ्टवेयर विभिंन वर्गों की पहचान सूट-छिद्रित और घने-के लिए उजागर क्षेत्र के प्रति प्रकाश व्यवहार मतभेद क्षतिपूर्ति के लिए पूरित है । इस मालिकाना प्रौद्योगिकी ऐसे वर्गों के लिए प्रकाश इलाज रणनीतियों अनुकूलित प्रदान करता है ।
संरचना 1 (चित्रा 2) में प्रस्तुत के रूप में गतिशील चिपचिपापन व्यवहार के साथ एक निलंबन का उपयोग करके, 3-डी संरचनाओं के साथ एकल घटक FGMs डिवाइस मापदंडों के अनुभवजंय निर्धारण के बाद निर्मित किया गया । आकृति 5 ए जटिल 3-डी मॉडल से पता चलता है और चित्रा 5B अनुसंधान कार्यक्रम के भीतर निर्मित एल्यूमिना निलंबन के आधार पर sintered परीक्षण संरचना से पता चलता है ।
चित्रा 6 घने भाग के भीतर एक एकल सामग्री खात्मा घटक के microstructure की FESEM छवियों से पता चलता है; porosity एक macroscopic रेंज में है ।
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57943/57943fig1.jpg"> चित्र 1: FESEM छवियां । पहले दो पैनलों (क) मूल एल्यूमिना पाउडर और (ख) सतह विस्तार के क्षेत्र-उत्सर्जन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवियों को दिखाते हैं । अगले दो पैनलों दिखाने के क्षेत्र-उत्सर्जन स्कैनिंग माइक्रोस्कोप छवियों की (ग) पाउडर कणों के बाद deagglomeration और (घ) सतह विस्तार । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57943/57943fig1large.jpg" target="_blank">कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57943/57943fig2.jpg"> चित्रा 2: संरचना पर निर्भर करता है के रूप में अलग विकसित सस्पेंशन के लिए कतरनी दर के एक समारोह के रूप में गतिशील चिपचिपापन । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57943/57943fig2large.jpg" target="_blank">कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57943/57943fig3.jpg"> चित्रा 3: एक सिरेमिक राल निलंबन क्षेत्र उत्सर्जन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवि । यह आंकड़ा बहुलक राल पर पाउडर निलंबन एकरूपता दिखाता है ।
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57943/57943fig4.jpg"> चित्रा 4: संग्रहण मापांक G विभिन्न रचनाओं के साथ कई निलंबन के लिए समय के एक समारोह के रूप में ´.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57943/57943fig5.jpg"> चित्र 5:3-D मॉडलिंग और मुद्रण । (क) यह पैनल एक एकल सामग्री कार्यात्मक वर्गीकृत सिरेमिक सामग्री घटक के एक 3 डी मॉडल से पता चलता है । (ख) यह पैनल मुद्रण प्रक्रिया का sintered परिणाम दिखाता है.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57943/57943fig6.jpg"> चित्रा 6: एक sintered एल्यूमिना संरचना के क्षेत्र-उत्सर्जन स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप छवियां । (क) यह पैनल एक सिंहावलोकन दिखाता है । (ख) यह पैनल एक विस्तृत छवि दिखाता है । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57943/57943fig6large.jpg" target="_blank">कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।</a>

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Additive Manufacturing of Functionally Graded Ceramic Materials by Stereolithography

Stereolithography द्वारा कार्यात्मक वर्गीकृत सिरेमिक सामग्री के Additive विनिर्माण

यह पांडुलिपि एकल कार्यात्मक सिरेमिक घटकों के प्रसंस्करण का वर्णन करती है (जैसे, घने-छिद्र वाली संरचनाओं के संयोजन) additive stereolithography द्वारा निर्मित ।

An additive manufacturing technology is applied to obtain functionally graded ceramic parts. This technology, based on digital light ...

लिथोग्राफ मुक्त आधारित सिरेमिक विनिर्माण प्रौद्योगिकियों का उपयोग करके कार्यात्मक रूप से वर्गीकृत सिरेमिक घटकों का योजक विनिर्माण अभिनव कार्य अनुकूलित चिकित्सा प्रत्यारोपण संरचनाओं को विकसित करने में मदद कर सकता है। इस योजक विनिर्माण तकनीक का मुख्य लाभ यह उच्च संकल्प है। स्टीरियोलिथोग्राफी आधारित विधियों का उपयोग करके सिरेमिक घटकों का निर्माण उच्च परिशुद्धता और उच्च घनत्व भागों को बचाता है।इस प्रक्रिया के लिए, 0.5 माइक्रोमीटर से कम के अमीन कण आकार के साथ उच्च शुद्धता सिरेमिक पाउडर का उपयोग करें, एक संकीर्ण कण आकार वितरण, और प्रति ग्राम लगभग सात वर्ग मीटर का एक विशिष्ट सतह क्षेत्र। एक पीसने वाले कटोरे में, पाउडर और पूर्ण इथेनॉल को 80 से 20 द्रव्यमान अनुपात में मिलाएं। पाउडर के बराबर द्रव्यमान में एक से दो मिलीमीटर व्यास मिल गेंदों जोड़ें।फिर, पाउडर की मात्रा के आधार पर, फैलाव एजेंट के वजन से लगभग 0.5 से 2% जोड़ें। एक ग्रहों की गेंद मिल में 250 आरपीएम पर 2 घंटे के लिए मिश्रण मिल। बाद में, 500 माइक्रोमीटर के उद्घाटन के साथ, एक सिव का उपयोग करके मिल गेंदों को हटा दें।निलंबन को 12 घंटे के लिए एक धुएं हुड में कमरे के तापमान पर सूखने दें, और फिर इसे 24 घंटे के लिए 110 डिग्री सेल्सियस पर आगे सुखाएं। डीगलोमेट्रेटेड कार्यात्मक पाउडर प्राप्त करने के लिए 100 से 500 माइक्रोमीटर के जाल के उद्घाटन के साथ एक सिव के माध्यम से सूखी सामग्री को पीसें। इसके बाद, एक उच्च गति ग्रहों की गेंद मिल के कैन में, प्रिंटिंग डिवाइस, कार्बनिक क्रॉस लिंकर्स और बाइंडर्स और एक प्लास्टिसाइजर में उपयोग की जाने वाली तरंग लंबाई में सक्रिय एक फोटोनिलीटर को एक साथ मिलाएं।पांच से 10 मिलीमीटर के व्यास के साथ सिरेमिक सामग्री से बने पांच से 10 मिल गेंदों जोड़ें। 1000 आरपीएम पर चार मिनट के लिए मिश्रण को समरूप करें। फिर, मिश्रण के लिए पाउडर परिचय और यह 1000 आरपीएम पर चार मिनट, 1500 आरपीएम पर 45 सेकंड, और 2000 आरपीएम पर 30 सेकंड समरूप।बाद में पानी के साथ कर सकते हैं ठंडा। यदि मिश्रण अशोमित दिखाई देता है, तो प्रक्रिया को दोहराएं। इसके बाद, एक रियोमीटर की प्लेट पर सिरेमिक भरे राल घोल के बारे में 1 मिलीलीटर रखें, जो घूर्णन परीक्षण के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है।टॉर्क मापने के दौरान 20 डिग्री सेल्सियस के निरंतर तापमान पर कतरनी दर को 0.1 से 1000 पारस्परिक सेकंड तक बढ़ाएं। पुष्टि करें कि निलंबन 600 पास्कल सेकंड से नीचे एक गतिशील चिपचिपाहट के साथ कतरनी पतला व्यवहार दिखाता है, 0.1 पारस्परिक सेकंड की कतरनी दर के लिए, और 10 से 300 पारस्परिक सेकंड की कतरनी दरों के लिए 10 पास्कल सेकंड से नीचे। अंत में, यूवी प्रकाश के संपर्क में आने से पहले, दौरान और इलाज के बाद दोलन माप लेकर इलाज व्यवहार का मूल्यांकन करें।एक डिजिटल लाइट प्रोसेसिंग स्टीरियोलिथोग्राफी प्रिंटिंग डिवाइस स्थापित करें। पुष्टि करें कि इलाज की गहराई कम से कम चुनी हुई इमारत परतों के समान है, और अधिमानतः कई गुना मोटा है। फिर, कंप्यूटर एडेड डिजाइन सॉफ्टवेयर के साथ घटक की एक 3डी मॉडल फ़ाइल उत्पन्न करें।घटक मॉडल को उचित मोटाई की परतों में काट लें, और फ़ाइल को एक सेरोलिथोग्राफी समोच्च प्रारूप में सहेजें। इस फ़ाइल को नेटवर्क या यूएसबी द्वारा प्रिंटिंग डिवाइस में स्थानांतरित करें। एक प्रिंटिंग प्रोग्राम बनाएं और प्रति लेयर, कास्टिंग गति, निर्माण प्लेटफ़ॉर्म गति और अन्य मापदंडों के इलाज का समय निर्धारित करें।फिर, तैयार सिरेमिक राल घोल के साथ लगभग आधे रास्ते में प्रिंटिंग डिवाइस जलाशय भरें। सिस्टम के माध्यम से घोल पंप जब तक यह जलाशय रिफिलिंग शुरू होता है । वैक्यूम सक्शन द्वारा बिल्डिंग प्लेटफॉर्म पर एक धातु प्रिंटिंग प्लेट संलग्न करें, और प्रिंटिंग प्रोग्राम शुरू करें।मुद्रण प्रक्रिया के दौरान जलाशय को आवश्यकतानुसार फिर से भरें। समाप्त होने पर, घटक को पुनः प्राप्त करने के लिए प्रिंटिंग प्लेट को पकड़ते समय वैक्यूम बंद कर दें। किसी भी शेष घोल को साफ करने के लिए आइसोप्रोपिल अल्कोहल, या किसी अन्य हल्के कार्बनिक सॉल्वेंट का उपयोग करें, और फिर घटक को हवादार क्षेत्र में कमरे के तापमान पर सूखने दें।निर्माण को खत्म करने के लिए, बाद में घटक को डी-बाइंड और सिंटर करें। इस उच्च शुद्धता एल्यूमिना पाउडर को फैलाव के साथ डीग्ग्लोमेड और कार्यात्मक किया गया था। सूखने पर, कार्यात्मक पाउडर फिर से रीग्लेओमेटेड, लेकिन पॉलीमेरिक राल में समान रूप से फिर से फैलाया गया था।विभिन्न पाउडर सामग्री, di, और टेट्रा-कार्यात्मक क्रॉस लिंकर अनुपात, और समग्र बाइंडर क्रॉस लिंकर अनुपात के साथ निलंबन रचनाओं का मूल्यांकन किया गया था। सभी चार निलंबन वांछित कतरनी पतला व्यवहार था, लेकिन केवल संरचना एक इष्टतम निलंबन प्रवाह व्यवहार का प्रदर्शन किया । यदि गतिशील चिपचिपाहट बहुत अधिक है, तो यह प्रवाह की कमी के कारण पतली घोल परतों को कास्टिंग करने में बाधा डाल सकता है।एक बहुत कम गतिशील चिपचिपाहट के परिणामस्वरूप कास्टिंग ब्लेड के नीचे या अस्थिर निलंबन में स्वतंत्र रूप से बहने वाला घोल हो सकता है। सिरेमिक राल निलंबन को प्रकाश में उजागर करने से पहले, कतरनी भंडारण मॉड्यूलस मोटे तौर पर स्थिर रहे । अधिक इलाज के बिना न्यूनतम आवश्यक शक्ति प्राप्त करने के लिए इष्टतम इलाज समय दो से तीन सेकंड था।चार सेकंड से अधिक समय के लिए एक्सपोजर के इलाज से भंगुरता में परिणाम सकता है । इष्टतम एल्यूमिनस घोल संरचना और जोखिम समय का उपयोग करना, इस परीक्षण घटक, एक घने बाहरी खोल के साथ, और एक असुरक्षित हड्डी की तरह केंद्रीय कोर, एक बहुत ही कम porosity और थोक क्षेत्रों में उच्च घनत्व के साथ, निर्मित दोष मुक्त था । इस लेख में प्रस्तुत तकनीक को कार्यात्मक रूप से वर्गीकृत सामग्रियों के निर्माण में आवश्यक उच्च परिशुद्धता तक पहुंचने के लिए चिपचिपा सिरेमिक राल मिश्रण को संभालने के लिए डिज़ाइन किया गया है।वर्तमान तकनीक फोटो प्रतिक्रियाशील सिरेमिक निलंबन विकसित करने के लिए सिरेमिक विनिर्माण में परिणामों के लिए मार्ग प्रशस्त करती है। इनका उपयोग उच्च गुणवत्ता वाले सिरेमिक घटकों का उत्पादन करने के लिए लियाला फ्री-बेस्ड सिरेमिक एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग में किया जा सकता है।

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Engineering

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