Name: additive manufacturing of functionally graded ceramic materials by stereolithography
Uploaded: 2019-01-25T13:45:00
Duration: 6 min 53 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Additive Manufacturing of Functionally Graded Ceramic Materials by Stereolithography at JoVE.com

Этот проект получил финансирование от Европейского союза Horizon 2020 исследовательской и инновационной программы под Грант соглашение No 678503.

<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. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography. , (1986).</li><li>W&#228;tjen, A. M., Gingter, P., Kramer, M., Telle, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+Prospects+and+Possibilities+in+Additive+Manufacturing+of+Ceramics+by+means+of+Direct+Inkjet+Printing.">Novel Prospects and Possibilities in Additive Manufacturing of Ceramics by means of Direct Inkjet Printing.</a> Advances in Mechanical Engineering. 6, (2015).</li><li>Scheithauer, U., Schwarzer, E., Richter, H. J., Moritz, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermoplastic+3-D+Printing+-+An+Additive+Manufacturing+Method+for+Producing+Dense+Ceramics.">Thermoplastic 3-D Printing - An Additive Manufacturing Method for Producing Dense Ceramics.</a> Journal of Applied and Computational Topology. 12 (1), 26-31 (2014).</li><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=Ceramic-Based+4D+Components:+Additive+Manufacturing+(AM)+of+Ceramic-Based+Functionally+Graded+Materials+(FGM)+by+Thermoplastic+3-D+Printing+(T3DP).">Ceramic-Based 4D Components: Additive Manufacturing (AM) of Ceramic-Based Functionally Graded Materials (FGM) by Thermoplastic 3-D Printing (T3DP).</a> Materials. 10 (12), E1368 (2017).</li><li>Weingarten, S., 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=Multi-material+ceramic-based+components+-+Additive+Manufacturing+of+black-and-white+zirconia+components+by+Thermoplastic+3D-Printing.">Multi-material ceramic-based components - Additive Manufacturing of black-and-white zirconia components by Thermoplastic 3D-Printing.</a> Journal of Visualized Experiments. , e57538 (2018).</li><li>Zocca, A., Colombo, P., Gomes, C. M., G&#252;nster, J. <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+Ceramics:+Issues,+Potentialities,+and+Opportunities.">Additive Manufacturing of Ceramics: Issues, Potentialities, and Opportunities.</a> Journal of the American Ceramic Society. 98 (7), 1983-2001 (2015).</li><li>Kieback, B., Neubrand, A., Riedel, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Processing+techniques+for+functionally+graded+materials.">Processing techniques for functionally graded materials.</a> Materials Science and Engineering - A. 362 (1-2), 81-106 (2003).</li><li>Mortensen, A., Suresh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functionally+graded+metals+and+metal-ceramic+composites:+Part+1+Processing.">Functionally graded metals and metal-ceramic composites: Part 1 Processing.</a> International Materials Reviews. 40 (6), 239-265 (1995).</li><li>Moya, J. S., S&#225;nchez-Herencia, A. J., Requena, J., Moreno, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functionally+gradient+ceramics+by+sequential+slip+casting.">Functionally gradient ceramics by sequential slip casting.</a> Materials Letters. 14 (5), 333-335 (1992).</li><li>Moya, J. S., S&#225;nchez-Herencia, J. A., Bartolom&#233;, J. F., Tanimoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastic+modulus+in+rigid+Al2O3/ZrO2+ceramic+laminates.">Elastic modulus in rigid Al2O3/ZrO2 ceramic laminates.</a> Scripta Materialia. 37 (7), 1095-1103 (1997).</li><li>Zschippang, E., Mannschatz, A., Klemm, H., Moritz, T., Martin, H. -. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Charakterisierung+und+Verarbeitung+von+Si3N4-SiC-MoSi2-Kompositen+f&#252;r+Heizleiteranwendungen.">Charakterisierung und Verarbeitung von Si3N4-SiC-MoSi2-Kompositen f&#252;r Heizleiteranwendungen.</a> Keramische Zeitschrift. 05, 294-297 (2013).</li><li>Scheithauer, U., Haderk, K., Richter, H. -. J., Petasch, U., 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=Influence+of+the+kind+and+amount+of+pore+forming+agents+on+the+thermal+shock+behaviour+of+carbon-free+refractory+components+produced+by+multilayer+technology.">Influence of the kind and amount of pore forming agents on the thermal shock behaviour of carbon-free refractory components produced by multilayer technology.</a> Refractories Worldforum. 4 (1), 130-136 (2011).</li><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=Functionally+Graded+Materials+Made+by+Water-Based+Multilayer+Technology.">Functionally Graded Materials Made by Water-Based Multilayer Technology.</a> Refractories Worldforum. 8 (2), 95-101 (2016).</li><li>Mannschatz, A., 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=Manufacturing+of+Two-colored+Co-sintered+Zirconia+Components+by+Inmold-labelling+and+2C-Injection+Molding,+cfi/Ber.">Manufacturing of Two-colored Co-sintered Zirconia Components by Inmold-labelling and 2C-Injection Molding, cfi/Ber.</a> Delta Kappa Gamma. 91 (8), E1-E5 (2014).</li><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=Ceramic-Based+4D+Components:+Additive+Manufacturing+(AM)+of+Ceramic-Based+Functionally+Graded+Materials+(FGM)+by+Thermoplastic+3-D+Printing+(T3DP).">Ceramic-Based 4D Components: Additive Manufacturing (AM) of Ceramic-Based Functionally Graded Materials (FGM) by Thermoplastic 3-D Printing (T3DP).</a> Materials. 10 (12), 1368 (2017).</li><li>Moritz, T., 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=Material-+and+process+hybridization+for+multifunctional+ceramic+and+glass+components.">Material- and process hybridization for multifunctional ceramic and glass components.</a> Ceramic Applications. 5 (2), 66-71 (2017).</li></ol>

Авторы не имеют ничего сообщать.

Для медицинских имплантатов сырье должно быть высокой чистоты, идеально 99,9% и выше. В этом проекте используется глинозем некоммерческих порошок с узкий гранулометрический состав, средняя частиц размер < 0,5 мкм и удельная поверхность приблизительно 7 м2/г. Кроме того это также можно использовать коммерческие материала композиций.
Для достижения наиболее подходящие условия обработки для этих конкретных суспензии керамики полимер, используйте вышеупомянутые технологии печати. Эта технология оснащен фольги транспортной системы, которая несет навозной жижи из водохранилища области печати. Области печати состоит из поверхности прозрачного стекла на дне, под которой есть источник света, что проекты нарезанные слои. В верхней части области печати это здание платформа, которая может перемещаться вертикально вверх и вниз благодаря слайд по оси z. Продукт, затем, висит на поверхности листовой печати, которые могут быть прикреплены к вакуумного всасывания, выше области печати. Неиспользованный раствор затем собранные стеклоочиститель, восстановленные и накачкой обратно в оригинальный водохранилище, таким образом создавая замкнутый контур, который позволяет исследователей повторное использование суспензии, которая не потребляется для строительства трехмерной модели. Различные программные параметры могут быть изменены для того, чтобы адаптировать процесс композиции различные шлама и керамические наполнители. Принтер должны быть помещены в комнате с контролируемой света, температуры и влажности параметры. Номер должны быть оборудованы УФ фильтр для внешнего света; Кроме того рекомендуется иметь температуру около 20-24 ° C и относительной влажности воздуха ниже 40%. FESEM изображений показывает явно больше средний размер частиц порошка оксида алюминия после дезагломерация, по сравнению с теоретической 0,45 мкм глинозема материальные анализы поставщиком. Это можно объяснить с точки зрения агломерации. Во время сушки, после шага смачивание, частицы повторно агломерат, как показано на рисунке 1 d. Во время подготовки подвеска, повторно спеченного частиц можно разогнаться благодаря поверхности функционализации шаг. Меньший размер очевидной частиц можно увидеть в FESEM изображений навозной жижи на рисунке 3.
Касается реологических поведение идеальный суспензии для керамической технологии SLA (например, технология Admaflex) должны иметь ножниц прореживания поведение (например, уменьшение динамической вязкости на более высоких скоростях сдвига). Для оптимального литой на поддержки фольги или использования в дозатор динамическая вязкость должна быть сохранена в идеальный диапазон ставкам низкой сдвига. В случае слишком высокая динамическая вязкость при низких сдвига ставок кастинг слоем суспензии 200 мкм могут затрудняется отсутствием потока для заполнения разрыва под ракельный нож. Если динамическая вязкость это слишком низкая, подвеска могут вытекать сама по себе водохранилища ниже лезвия или от поддержки фольги из-за естественного потока (гравитации). Для всех исследованных суспензий динамическая вязкость уменьшается с увеличения скорости сдвига. Поведение потока оптимальные подвески дается композиция 1 (рис. 2). Различные изменения в составе навозной жижи влияет на реологические поведение подвески. Оптимальный поток поведение с низкой динамической вязкости в требуемого диапазона было достигнуто путем приостановления соединения 1. Увеличение содержания порошок или неоптимальные содержание диспергатор (соединение 2) и изменения соотношения вяжущего сшивателя, используя большее количество многофункциональный сшивателя (композиция 3) привело к увеличению динамической вязкости неавантажно для процесса. Если порошок содержание ниже, вместе с более низким содержанием многофункциональный сшивателя и в сочетании с неоптимальным содержанием диспергатор (композиция 4), динамическая вязкость сильно снижается, что может привести к нестабильной подвеска.
Изменения в модуль хранения G´ суспензий на свет облучение может помочь узнать больше о отверждение суспензий. Это дополняется экспериментальных испытаний на глубине отверждения на самом устройстве печати. В разное время отверждения отверждение характеризовался для глинозема подвеска с оптимальной реологических поведение. До отверждения начинается, подвеска показывает низкий уровень G´ и представляет значения ниже-100 Па. При отверждении начинается, полимеризации photoreactive органики может быть выведено увеличение G´ на более высокий уровень. С все время отвердения, склон G´ увеличивает до максимума в диапазоне 10 от5 до 10-7 ПА, которая зависит от состава. Время отверждения 1 s привело к окончательной G´ ниже 106 ПА, которой не хватает для минимальной необходимой силы. С увеличение время отвердения больше энергии (фотонов) поставляется подвеска, что приводит к более G´ результате быстрее и выше степень конверсии (выше склон). Оптимальное время отверждения для развитых глинозема подвеска должна быть в диапазоне от 2 до 3 s. С время отверждения 4 s, последний уровень G´ и отверждения склона имеют большие значения, выше 2 x 10-6 ПА. Преобразование является почти полное и почти не неотвержденных полимеров существует. Дальнейшие поставки энергии может привести к overcuring навозной жижи и чрезмерное упрочнения полимера, что приводит к хрупкой структуры, которая отрицательно сказывается на вложении продукта с платформой здания.
Сингл КЖПО компонент тестирования выбран для этой рукописи является структурой hemi верхнечелюстной имплантат, содержащую плотной внешней оболочки и пористые кости как центральное ядро, как видно на рисунке 5. Эта модель может аддитивно изготовленн и спеченные дефектов, как видно по FESEM изображений. Тонких структур и толщины стенок (менее 0,1 мм) могут быть реализованы, и не очевидно деформации во время обжига. Было установлено, что типично для керамических Обработка глинозема на данной спекания температурах, с величиной однородной микроструктуры компонентов единого глинозема. Пористость в районах массового является очень низким (< 1%), а плотность > 99%, по сравнению с теоретической плотности, была достигнута.

Высок сложных технической керамики все чаще пользуются спросом в почти каждой области приложения, в том числе многих промышленных районов. Области человеческого здравоохранения находит все больше и больше приложений благодаря легкости индивидуализации продукции для каждого пациента. В течение последнего десятилетия аддитивного производства расширила варианты индивидуального лечения.
Аддитивные производства (AM) — это технология обработки, который позволяет перевод компьютерной модели 3-D на физический продукт путем последовательного добавления материала. В общем, серия 2-D слои образуют стек, что результаты в форме 3-D, позволяя производство компонентов, так далеко, беспрецедентную свободу дизайна. Это считается равным последнему слову формировать технология металлов и полимеров. Первые промышленные технологии для обработки керамических доступны в1,2, и почти все известные AM технологии используются для AM сингл материал керамика в лабораториях во всем мире3,4, 5. AM, особенно стереолитографии, началось в 1980-х и был разработан корпуса6. Различных производственных подходы и материалов приводят к различные свойства продукта, например, размер, шероховатость или механических свойств. Все методы аддитивного производства могут быть разделены на две группы: прямые Аддитивные производства5технологий, которые основаны на избирательного осаждения материала (например, материал, струйная процессы как прямой струйный Печать или термопластичный 3-D печати [T3DP])7,8,9,10и косвенные аддитивного производства технологии, которые основаны на выборочной консолидации материала который осаждается на весь слой (например, керамические стереолитографии [ОАС]).
Сложность и готовность новых приложений требуют улучшения технологий обработки керамических AM. К примеру специальные инновационные промышленные или медицинских приложений должны включать различные свойства в пределах компонента-тот же, что приводит к функционально градуированные материалов (FGMs). Эти материалы включают в себя разнообразные свойства, касающиеся переходы в микроструктуры или материала11. Эти переходы могут быть дискретными или непрерывными. Известно, как компоненты с материала градиенты или градуированные пористость, а также разноцветные компонентами являются различные виды FGMs. КЖПО компоненты могут быть изготовлены путем одного обычного формирование технологии12,13,14,15,16,17 или сочетание этих технологий, например путем в процессе формования маркировки как сочетание ленты литья и литья18,19.
Чтобы объединить преимущества утра с преимуществами FGMs на керамической основе компоненты 4-D20 (три измерения геометрии и одна степень свободы, относительно свойства материала в каждой позиции), разработал Admatec Европы на основе стереолитографии 3-D печатающее устройство в рамках Европейского исследовательского проекта «CerAMfacturing» для AM многофункциональный или нескольких материальных компонентов.
Технологий, адаптированных для компонентов КЖО является подход, основанный на стереолитографии, который использует цифровой процессор света (DLP) в качестве источника света, содержащие цифровой micromirror устройство чип (DMD), используемый для полимеризации смолы, который можно смешивать с различными порошками. DMD чипа имеет массив нескольких сотен тысяч микроскопические зеркала, которые соответствуют пикселей в изображении будет отображаться. Зеркала может поворачиваться индивидуально, чтобы задать положение вкл выкл пикселя. Чаще всего занятого смолы основаны на смесях акрилатных и/или уретана мономеров. В этих смесях мы также нашли другие добавки, такие как поглощающие свет фотоинициатора молекул и красители. Смесь смолы обычно наливают в ванной, также называется НДС или контейнера. Полимеризации индуцированный реакции фотоинициатора молекулы (PI), с легкой фотонов, порожденных DMD чипа. Различные смолы мономера структур может привести к полимеризации разных ставок, усадки и окончательной структуры. Например использование монофункциональный мономеров против Полифункциональные мономеры имеет эффект в сшивки полимерных сети.
Одним из наиболее важных параметров, принимать во внимание с керамической ОАС является светорассеивающего эффект когда света (фотонов) проходит через различные материалы. Это сильно влияет; в этом случае смолы в сочетании с количество порошка для создания подвеска или пульпы. Затем, пульпы состоит из материалов, которые представляют разные преломления света. Большая разница между преломления значения смола и порошок влияет на точность размеров слои, ставки полимеризации и общая доза света для инициирования реакции полимеризации. Когда свет попадает подвеска, частиц порошка (то есть, керамики, металла или другие полимеры) излучению света путь. Этот эффект вызывает изменения в исходный путь (облученного) фотонов. Если фотоны имеют траектории косой в направлении облучения, они могут генерировать реакции полимеризации в месте, которое может быть поперечные для первоначального направления. Это явление приводит к передержки, когда вылечить пульпа площадью больше открытые области. Аналогичным образом она будет заместитель разоблачить, когда вылечить пульпы слой меньше первоначально пострадавшего района.
В рукописи исследования для AM компонентов глинозема, сочетая плотной и структуры Макропористые, реализованы с использованием технологии Admaflex, описан. Как поясняется в Европейский исследовательский проект «CerAMfacturing», производство керамических деталей КЖПО требует высокого разрешения и хорошие свойства поверхности для удовлетворения требовательных приложений. DLP stereolithographic технологии, такие как один описаны здесь, позволяет исследователям получить такие на керамической основе, полностью функциональные компоненты.

<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>
</table>

additive manufacturing of functionally graded ceramic materials by stereolithography

Для получения функционально градуированных керамических деталей применяется технология аддитивного производства. Эта технология, основанный на цифровой обработки света/стереолитографии, разрабатывается в рамках Европейского исследовательского проекта CerAMfacturing. Трехмерной (3-D) hemi верхнечелюстной кости как структура является 3-D, печатаются с использованием пользовательских оксида алюминия полимерных смесей. Порошки и смеси полностью анализируются с точки зрения реологических поведение для обеспечения надлежащей обработки во время процесса печатания материалов. Возможность распечатать функционально градуированные материалов с использованием Admaflex технологии объясняется в этом документе. Автоэмиссионные растровая электронная микроскопия (FESEM) показывают, что в части керамическая спеченного оксида алюминия имеет пористость, ниже, чем 1% и не остаток первоначальной слоистой структуры найдена после анализа.

Для производства одного материал компонентов и, в конечном итоге, функционально были использованы градуированных структур посредством сочетания плотных и пористых участков в макроскопических диапазоне, только суспензии на основе алюминия.
Результат измерения диаметра средний частиц (D50) используется глинозем порошка после рассеивания был 0,47 мкм. Этот результат коррелирует с данной информацией о фактической дисперсности 0,45 до 0,5 мкм от поставщика. Рисунок 1A показывает FESEM анализ порошка оксида алюминия до подготовки и Рисунок 1B FESEM изображение поверхности гранулята в деталях. Рисунок 1 c и 1 d на рисунке показывают то же самое для deagglomerated глинозема в состоянии сушеные. Необработанные порошком не присутствуют как единый первичных частиц, но как большой сферических гранул (с диаметром до 100 мкм), которая является типичной условие для сухой нажатия сырья. FESEM изображения поверхностей гранулята показывают первичных частиц глинозема не лечить (рис. 1B) и deagglomerated (рис. 1 d) с фактическим частиц размером около 0,45 мкм.
На рисунке 2 показана динамическая вязкость развитых суспензий, основанный на порошок оксида алюминия как функцию скорости сдвига — логарифмическая презентация — и в зависимости от различных композиций, касающиеся содержания разнообразный порошок, вяжущее сшивателя соотношение и содержание диспергатор. Все композиции подвеска показывают ножниц прореживания поведение, но разные уровни динамической вязкости.
Подвеска однородности показано на рисунке 3 с изображением FESEM тонкий ломтик керамики полимерные смолы. Керамические первичных частиц появляются четко а полимерные смолы является в некоторой степени, не обнаруживаемых детектор электронов.
Измерения модуля хранения G´ как функцию от времени характеризовать отверждение как в зависимости от времени показано на рисунке 4. Регулируемый параметр устройство печати помогает оценить время отверждения при печати. Как правило, подвеска показывает постоянный уровень G´ ниже 1000 ПА для устойчивый деформации. Во время экспозиции суспензий, который начинается после 60 s, G´ увеличивается в зависимости от времени экспозиции — варьировались в диапазоне от 1 до 20 s — на более высокий уровень G´, выше 105 ПА. В рамках схемы кривые представляют различных продолжительностей подвески, чтобы показать влияние на прочность вылечить полимер керамические композитный.
Керамические ОАС полиграфическое оборудование, с помощью Admaflex технологии, может обрабатывать керамической суспензии высокой вязкости благодаря транспортной системы. КЖПО частей может быть задуман пиксель точки управления, который направляет облученного свет для каждого раздела сети. Под- и передержки эффекты могут быть компенсированы за функцию же пиксель точки управления. Кроме того, это дополняется набор программного обеспечения, выявления различных секций — пористых и плотная — для того, чтобы компенсировать различия в поведении света на пораженном участке. Эта запатентованная технология обеспечивает адаптированных стратегий засветки для таких разделов.
С помощью подвеска с поведением динамическая вязкость, представленные в составе 1 (рис. 2), однокомпонентный FGMs с 3-D структуры были изготовлены после эмпирическое определение параметров устройства. Рисунок 5A показана модель сложной 3-D и показывает Рисунок 5B , спеченные тест структуры на основе глинозема суспензий, аддитивно изготовлены в рамках исследовательской программы.
Рисунок 6 показывает изображения FESEM микроструктуры компонента КЖПО сингл материал в пределах плотной части; пористость находится в макроскопических диапазоне.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57943/57943fig1.jpg"> Рисунок 1: образы FESEM. Первые две панели показывают изображения-Автоэмиссионные сканирующего электронного микроскопа (A) исходного порошка оксида алюминия и (B) поверхности деталей. Следующие две панели показывают Автоэмиссионные сканирующий микроскоп изображения (C) частиц порошка после того, как дезагломерация и (D) на поверхности детали. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57943/57943fig1large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57943/57943fig2.jpg"> Рисунок 2: Динамическая вязкость как функцию скорости сдвига для различных развитых суспензий как в зависимости от композиции. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57943/57943fig2large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57943/57943fig3.jpg"> Рисунок 3: Автоэмиссионные сканирующий электронный микроскоп изображение керамики смола подвеска. На рисунке показано подвеска однородности порошка на полимерной смолы.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57943/57943fig4.jpg"> Рисунок 4: Модуль хранения G´ как функцию от времени несколько подвесок с разными составами.
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57943/57943fig5.jpg"> Рисунок 5: 3-D моделирования и печать. (A) Эта группа показывает 3-D модель сингл материал функционально градуированных керамических материалов компонент. (B) Эта группа показывает спеченные результат процесса печати.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57943/57943fig6.jpg"> Рисунок 6: Автоэмиссионные сканирование изображения микроскопа структуры спеченные глинозема. (A) Эта панель показывает обзор. (B) Эта группа показывает подробные изображения. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/57943/57943fig6large.jpg" target="_blank">Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Additive Manufacturing of Functionally Graded Ceramic Materials by Stereolithography at JoVE.com

Additive Manufacturing of Functionally Graded Ceramic Materials by Stereolithography

Аддитивные производства функционально градуированных керамических материалов, стереолитографии

Эта рукопись описывается обработка одного многофункционального керамические компоненты (например, сочетания плотной пористой структуры) аддитивно производимый стереолитографии.

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

Аддитивное производство функционально градуированных керамических компонентов с использованием технологий свободного производства керамики на основе литографии может помочь в разработке инновационных функций оптимизированных структур медицинских имплантатов. Основным преимуществом этой техники аддитивного производства является его высокое разрешение. Изготовление керамических компонентов на основе стереолитографии обеспечивает высокую точность и высокую плотность деталей.Для этой процедуры используйте керамические порошки высокой чистоты с размером частиц амина менее 0,5 микрометра, распределением узких частиц и определенной площадью поверхности около семи квадратных метров на грамм. В шлифовальной миске смешайте порошок и абсолютный этанол в соотношении массы от 80 до 20. Добавьте к порошку шарики диаметром от одного до двух миллиметров в равной массе.Затем добавьте от 0,5 до 2% по весу диспергаторного агента, в зависимости от количества порошка. Измельчить смесь в течение 2 часов при 250 об/мин на планетарной мельнице. После этого удалите шарики мельницы с помощью сива с 500 микрометровых отверстий.Пусть подвеска высохнет при комнатной температуре в дымовой капот в течение 12 часов, а затем высушить его дальше при температуре 110 градусов по Цельсию, в течение 24 часов. Измельчить сухой материал через сив с сеткой отверстия от 100 до 500 микрометров, чтобы получить деаггломерированный функционализированный порошок. Далее, в может высокоскоростной планетарной мельницы мяч, смешать фотоинициатор активируется на длину волны, используемых в печатном устройстве, органические перекрестные связующие и связующие, и пластификатор.Добавьте от пяти до десяти тысяч шариков из керамического материала диаметром от пяти до 10 миллиметров. Гомогенизировать смесь в течение четырех минут при 1000 об/мин. Затем введите порошок в смесь и гомогенизировать его четыре минуты при 1000 об/мин, 45 секунд при 1500 об/мин и 30 секунд при 2000 об/мин.Охладить может с водой после этого. Если смесь выглядит неоднородной, повторите процесс. Далее поместите около 1 миллилитра керамической заполненной смолы суспензии на пластине реометра, настроенного для вращательного теста.Увеличьте скорость стрижки с 0,1 до 1000 взаимных секунд при постоянной температуре 20 градусов по Цельсию при измерении крутящего момента. Подтвердите, что подвеска показывает истончение стрижки поведение с динамической вязкостью ниже 600 паскаль секунд, для стрижки скорость 0,1 взаимных секунд, и ниже 10 Паскаль секунд для стрижки ставки от 10 до 300 взаимных секунд. Наконец, оцените поведение лечения, принимая колеблющиеся измерения до, во время и после лечения при воздействии УФ-излучения.Настройка цифрового устройства стереолитографии обработки света. Подтвердите, что глубина лечения по крайней мере такая же, как и выбранные слои здания, и желательно в несколько раз толще. Затем создать 3D-модель файла компонента с помощью компьютера дизайн программного обеспечения.Нарежьте модель компонента слоями соответствующей толщины и сохраните файл в формате контура сереолитографии. Перенесите этот файл на печатное устройство по сети или USB. Создайте программу печати и установите время лечения на слой, скорость литья, скорость построения платформы и другие параметры.Затем заполните резервуар печатного устройства примерно на полпути подготовленной керамической смолой суспензии. Насос суспензии через систему, пока он не начнет заправки резервуара. Прикрепите металлическую печатную пластину к строительной платформе вакуумным всасыванием и начните программу печати.Пополнить резервуар по мере необходимости в процессе печати. Когда закончите, выключите вакуум, удерживая печатаную пластину для извлечения компонента. Используйте изопропиловый спирт, или другой мягкий органический растворитель, чтобы очистить все оставшиеся суспензии, а затем дайте компоненту высохнуть при комнатной температуре в проветриваемой области.Де-связать и синтер компонента потом, чтобы закончить изготовление. Этот высокой чистоты глинозема порошок был deagglomerated и функционализируется с диперантом. После высыхания функциональный порошок реаггломерировался, но равномерно рассеялся в полимерной смоле.Были оценены составы суспензий с различным содержанием порошка, ди и тетра-функциональные соотношения перекрестных связующих, а также общие коэффициенты связующего перекрестного связующего звена. Все четыре подвески имели желаемое поведение истончения стрижки, но только одна композиция проставляла оптимальное поведение потока подвески. Если динамическая вязкость слишком высока, это может помешать литью тонких слоев суспензии, из-за отсутствия потока.Слишком низкая динамическая вязкость может привести к тому, что шлам свободно течет под лезвием литья, или в нестабильной подвеске. До разоблачения керамической подвески смолы на свет, модуль хранения снора оставался примерно постоянным. Оптимальное время лечения для достижения минимальной необходимой силы без чрезмерного лечения составило две-три секунды.Воздействие в течение более четырех секунд может привести к хрупкости от чрезмерного лечения. Используя оптимальный состав суспензии алюминия и время экспозиции, этот тестовый компонент, с плотной внешней оболочкой, и пористой кости, как центральное ядро, был изготовлен дефект бесплатно, с чрезвычайно низкой пористостью и высокой плотностью в области навалом. Техника, представленная в этой статье, предназначена для обработки вискозы керамических смесей смолы для достижения высокой точности, необходимой в изготовлении функционально градуированных материалов.Нынешняя техника прокладывает путь к результатам в производстве керамики для разработки фотореактивных керамических суспензий. Они могут быть использованы в производстве керамических добавок на свободной основе Lyrica для производства высококачественных керамических компонентов.

Research

JoVE Journal

Engineering

Micro-masonry for 3D Additive Micromanufacturing

Микро-кладки для 3D аддитивного Micromanufacturing

Transfer printing is a method to transfer solid micro/nanoscale materials (herein called &#8216;inks&#8217;) from a substrate where they are generated to ...

Making Record-efficiency SnS Solar Cells by Thermal Evaporation and Atomic Layer Deposition

Создание Записать-эффективность SNS солнечных батарей методом термического испарения и осаждения атомного слоя

Tin sulfide (SnS) is a candidate absorber material for Earth-abundant, non-toxic solar cells. SnS offers easy phase control and rapid growth by congruent ...

Synthesis and Characterization of High c-axis ZnO Thin Film by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition System and its UV Photodetector Application

Синтез и характеристика высокого C-оси ZnO тонкой пленки по плазмостимулированного химического осаждения системы и ее УФ фотодетектор приложение

In this study, zinc oxide (ZnO) thin films with high c-axis (0002) preferential orientation have been successfully and effectively synthesized onto ...

Comprehensive Characterization of Extended Defects in Semiconductor Materials by a Scanning Electron Microscope

Исчерпывающая характеристика протяженных дефектов в полупроводниковых материалах на растровом электронном микроскопе

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications ...

Digital Printing of Titanium Dioxide for Dye Sensitized Solar Cells

Цифровая печать диоксида титана для ячейка гретцеля

Silicon solar cell manufacturing is an expensive and high energy consuming process. In contrast, dye sensitized solar cell production is less ...

Quantitative Hardness Measurement by Instrumented AFM-indentation

Количественный Твердость Измерение инструментальным АФМ-отступа

In this work, a combination of amplitude-modulated non-contact atomic force microscopy and atomic force spectroscopy is applied for instrumented hardness ...

Scanning SQUID Study of Vortex Manipulation by Local Contact

Сканирование СКВИД Исследование вихревых Манипуляции с местным представителем компании

Local, deterministic manipulation of individual vortices in type 2 superconductors is challenging. The ability to control the position of individual ...

Multi-material Ceramic-Based Components &#8211; Additive Manufacturing of Black-and-white Zirconia Components by Thermoplastic 3D-Printing (CerAM - T3DP)

Multi-material Ceramic-Based Components ÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã…â€œ Additive Manufacturing of Black-and-white Zirconia Components by Thermoplastic 3D-Printing CerAM - T3DP

Мульти материала на керамической основе компонентов – добавка, изготовление черно-белых циркония компонентов термопластичных 3D-печати (CerAM - T3DP)

To combine the benefits of Additive Manufacturing (AM) with the benefits of Functionally Graded Materials (FGM) to ceramic-based 4D components (three ...

Fused Filament Fabrication (FFF) of Metal-Ceramic Components

Fused Filament Fabrication FFF of Metal-Ceramic Components

Изготовление (FFF) расплавленный накаливания металлокерамические компонентов

Technical ceramics are widely used for industrial and research applications, as well as for consumer goods. Today, the demand for complex geometries with ...