Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Polimeryzacja indukowana fotochemicznie w przyrostowych metodach formowania elementów ceramicznych

Więcław-Midor Anna, Tańska Joanna, Falkowski Paweł, Wiecińska Paulina

Szkło i Ceramika

|

2023

|

R. 74, nr 1

31--37

PL

O ile technologie druku 3D dla tworzyw sztucznych i metali są powszechnie stosowane, o tyle w przemyśle ceramicznym metody te są ciągle udoskonalane, tak aby móc je stosować komercyjnie. Ze względu na szereg proponowanych rozwiązań przyrostowe techniki formowania uznawane są za potencjalnie najlepsze w otrzymywaniu elementów ceramicznych o skomplikowanych kształtach. W porównaniu z konwencjonalnymi procesami obróbki skrawanej metody te są konkurencyjne w szczególności w przypadku formowania wyrobów jednostkowo lub małoseryjnie charakteryzujących się unikalnymi kształtami i rozmiarami. W niektórych metodach druku 3D wykorzystywana jest reakcja fotopolimeryzacji rodnikowej jako mechanizm utwardzania pojedynczej wydrukowanej warstwy. W tego typu technikach istotnym etapem jest opracowanie składu i przygotowanie stabilnej w czasie, homogenicznej, fotoutwardzalnej dyspersji ceramicznej. Masy te są zazwyczaj układami organicznymi i do ich przygotowania konieczne jest stosowanie często szkodliwych dla środowiska związków organicznych. W pracy sprawdzono możliwość zastosowania wodnych, fotoutwardzalnych dyspersji ceramicznych w formowaniu elementów ceramicznych o skomplikowanym kształcie wykonanych z tlenku glinu za pomocą metody cyfrowego przetwarzania światła (DLP). Wyniki badań wykazały, że opracowane masy ceramiczne charakteryzują się odpowiednimi właściwościami reologicznymi (lepkość przy szybkości ścinania 10 s-1 nie przekracza 0,5 Pa·s) i dużymi głębokościami sieciowania (ok 0,8 mm), dzięki czemu mogą być stosowane w technikach druku 3D takich jak SLA (stereolitografia) czy DLP.

EN

While 3D printing technologies for plastics and metals are widely used, in the ceramic industry these methods are constantly being improved so that they can be used commercially. Due to the number of proposed solutions, additive manufacturing techniques are considered potentially the best in obtaining ceramic elements with complex shapes. Compared to conventional subtractive fabrication processes, these methods are competitive, in particular in the case of forming single or low-volume products characterized by unique shapes and sizes. Some 3D printing methods use a radical photopolymerization reaction as a mechanism for curing a single printed layer. In this type of techniques, an important step is to develop the composition and prepare a time-stable, homogeneous, photocurable ceramic dispersion. These slurries are usually organic systems and it is necessary to use organic compounds, often harmful to the environment. In this work, the possibility of using aqueous, photocurable ceramic dispersions in the fabrication of complex shaped ceramics from alumina using the digital light processing (DLP) method was examined. The results showed that the developed ceramic slurries are characterized by appropriate rheological properties (viscosity at a shear rate of 10 s-1 does not exceed 0.5 Pa·s) and large cure depths (ca. 0.8 mm), thus they can be used in 3D printing, such as SLA (stereolithography) or DLP.

2

Ceramika drukowana w 3D – możliwości i ograniczenia w formowaniu przyrostowym wyrobów ceramicznych

Tańska Joanna, Więcław-Midor Anna, Falkowski Paweł, Wiecińska Paulina

Szkło i Ceramika

|

2023

|

R. 74, nr 2

34--42

PL

Dynamiczny rozwój technik formowania przyrostowego, obserwowany na przestrzeni ostatnich lat, świadczy o istniejącej potrzebie na wytwarzanie złożonych i precyzyjnych elementów bez stosowania form odlewniczych. Konieczność dopasowania produktu do indywidualnych potrzeb wymusza powstawanie coraz to nowych technik druku 3D, a także dostosowywanie ich do wytwarzania wyrobów z różnego rodzaju materiałów, m.in. z ceramiki. W artykule przedstawiono zarys historyczny metod druku 3D i ich podział zgodnie z normą ISO/ASTM 52900, a także opisano poszczególne grupy metod oraz przykładowe techniki wchodzące w ich skład. Podczas wyboru techniki formowania dla danego produktu należy wziąć pod uwagę wiele czynników, takich jak rodzaj stosowanego materiału, wymiary produktu czy oczekiwana rozdzielczość. Drukowanie materiałów ceramicznych wciąż stanowi duże wyzwanie dla badaczy, gdyż nie można bezpośrednio przełożyć procesów zachodzących dla polimerów na ceramikę, chociażby ze względu na wysokie temperatury topnienia materiałów ceramicznych. Dodatkowo, w przypadku metod druku 3D wykorzystujących procesy fotoutwardzania (np. w technice DLP (cyfrowego przetwarzania światła), konieczne jest przygotowanie zawiesiny proszku ceramicznego z dodatkiem monomerów i fotoinicjatora. W tej metodzie selektywnie utwardza się powierzchnię zawiesiny warstwa po warstwie przy pomocy światła UV. Niestety, cząstki proszku ceramicznego rozpraszają oraz pochłaniają promieniowanie UV, co znacząco obniża głębokość sieciowania, czyli maksymalną głębokość, na jaką wnika promieniowanie, dostarczając energii niezbędnej do zainicjowania reakcji polimeryzacji. W związku z tym proszek ceramiczny powinien charakteryzować się zbliżoną wartością współczynnika załamania światła do zastosowanej żywicy. Ponadto w przypadku materiałów ceramicznych, ważnym etapem procesu ich otrzymywania, poza formowaniem, jest również spiekanie. Odpowiedni dobór poszczególnych parametrów prowadzenia procesu spiekania, takich jak temperatura spiekania i czas przetrzymania czy szybkość ogrzewania i chłodzenia, jest kluczowy, aby wydrukowane wyroby nie uległy pękaniu i były dobrze zagęszczone. W niniejszym artykule przedstawiono najważniejsze problemy związane z otrzymywaniem ceramiki metodą druku DLP oraz przykładowe ich rozwiązania.

EN

The dynamic development of additive manufacturing techniques, observed in recent years, is related to the need for the production of complex and precise elements without the use of casting moulds. Adjusting the product to individual needs forces the development of new 3D printing techniques, as well as adapting them to the production of elements from various types of materials, including ceramics. The article presents a historical outline of 3D printing methods and their division according to the ISO/ASTM 52900 standard, as well as it describes individual groups of methods and exemplary techniques included in them. There are many factors to consider when choosing an appropriate moulding technique, such as the type of material used, product dimensions, and desired resolution. Printing ceramic materials is still a big challenge for researchers because the processes used for polymers cannot be directly transferred into ceramics, for example because of the high melting points of ceramic materials. In addition, in case of 3D printing methods that use photocuring processes (e.g. in the DLP (digital light processing) technique, it is necessary to prepare a suspension of ceramic powder with the addition of monomers and a photoinitiator. In this method, the surface of the slurry is selectively cured layer by layer with UV light. Unfortunately, the ceramic powder particles scatter and absorb UV radiation which significantly reduces the cure depth, i.e. the maximum depth to which the radiation penetrates, providing enough energy to initiate the polymerization reaction. Therefore, the ceramic powder should have a refractive index similar to the used resin. In addition, in the case of ceramic materials, sintering is also an important step. Appropriate selection of individual parameters of the sintering process, such as sintering temperature and dwell time, or the rate of heating and cooling, is crucial to obtain well densified and undefected printed parts. This article presents the most important problems related to obtaining ceramics by DLP printing and exemplary solutions.

3

Microstructures and mechanical properties of additively manufactured alumina ceramics with digital light processing

Xin Mingze, Liu Zhanqiang, Wang Bing, Song Qinghua

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2023

|

Vol. 23, no. 1

art. no. e52, 2023

EN

Digital light processing (DLP) technology has presented great potential to fabricate ceramic structures including alumina component, yet the mechanical properties of DLP-manufactured ceramics are still difficult to be guaranteed. The enhancement of mechanical properties of DLP-fabricated ceramic materials is challenging and imperative in the field of industrial application. This paper investigates the printing and heat treatment processes of additively manufactured ceramic to achieve defect-free Al2O3 ceramic with high performance. Firstly, Al2O3 ceramic slurry with a high solid content of 55 vol.% and viscosity of 6.04 Pa•s (at the shear rate of 100 s−1) is prepared. Then, Al2O3 ceramic is manufactured with digital light processing, debinding and sintering processes sequentially. Thirdly, the effects of sintering temperatures on the shrinkage, density, microstructure, and mechanical properties of the Al2O3 ceramics are analyzed. The shrinkage, density, and flexural strength of the sintered ceramic increase with temperature; the microhardness shows a non-monotonic trend with the increase of sintering temperature. Finally, the influence mechanism of sintering temperature on microstructures and mechanical properties of the DLP-fabricated ceramics is interpreted and discussed. The ceramic grains grow and combine to form long columnar grains during higher sintering temperatures. The density, microhardness and flexural strength of the Al2O3 ceramics sintered at 1600 °C are achieved 3.51 g/cm3, 17.71 GPa and 175.8 MPa, respectively.