材料

科学家开发出更实惠的陶瓷来促进3D打印爱好者

研究人员斯洛伐克理工大学研发了一种新型陶瓷3D打印材料,专为低成本FFF机器而设计。

与现有的初级陶瓷不同,该团队的长丝由PVA粘合剂和莫来石基组成,可以从标准的0.4 mm喷嘴中挤出,而不需要增加附着力或调整系统。这种配方还可以在不使用昂贵的专业炉的情况下进行后处理,这使其成为潜在的陶瓷爱好者的一种廉价的潜在用途。

团队的陶瓷3D打印测试对象的自上而下视图。
团队陶瓷3D印刷试验对象的自上而下视图(左侧600μm喷嘴,右侧400μm)。图片来自《今日应用材料》杂志。

陶瓷为民

通过3D打印陶瓷,而不是使用传统的生产方法,如注射成型,可以创造出具有高度复杂内部特征的零件。然而,到目前为止,由于其使用困难,需要粉末处理和大量的后处理,该技术只能让用户进行短时间的生产运行。

当涉及到陶瓷时,DIW系统经常被吹捧为比SLS机器更用户友好,但对于新来者来说,它们可能会很挑剔,并且制定出最佳的浆糊可能很困难。相比之下,遵循RepRap项目的成功在美国,FFF系统现在更容易访问,使其成为新用户的理想选择。

入门级机器的另一个优点是,它们可以与越来越多的聚合物兼容,如ABS和PLA,它们可以与陶瓷混合形成新的纤维。因此,已经开发出了许多陶瓷负载的混合物,但这些通常需要使用直径600 μm的喷嘴,限制了实现细节的水平。

许多实验原料也宽3毫米,虽然它们是工业应用的理想选择,但传统的FFF机器倾向于粘在1.75毫米的格式。更糟糕的是,现有的混合物倾向于在逐步衰退期间遭受不一致的收缩,限制了当3D打印大部分时的功效,并且需要开发更可重复的解决方案。

3D印刷零件'填充结构的图像在逐步和之后。
脱脂对团队测试对象的内部结构几乎没有影响(如图所示的测试前后)。图片来自《今日应用材料》杂志。

斯洛伐克人新颖的原料

为了使陶瓷材料更容易加工,因此更容易获得,斯洛伐克科学家设计了一种新的配方。通过组合莫来石粉末,脂族酸和热塑性聚合物,该团队能够使用0.4mm打印头的加工1.75毫米直径的灯丝,更像商业替代品。

优化其原料,研究人员将600和400μm打印头附加到a超越Creatr3D打印机,并制作了一套圆柱形样本。每个部分都有小矩形图案,这样打印错误就很明显了,但研究小组没有观察到明显的裂缝或喷嘴堵塞,这让他们认为他们的方法是成功的。

然而,科学家们也选择了在廉价陶瓷窑的条件下剥离他们的测试部件,造成了显著的收缩,在1400℃下,尺寸缩小高达41.5%。最终,研究人员在1250至1350℃之间找到了最佳温度点,并优化了参数设置,使零件尺寸比传统方法大17%。

此外,研究人员发现,使用他们的新型灯丝,3D打印相同几何形状的部件所需材料比比较陶瓷少26倍。因此,该团队得出结论,他们的原料不仅与低成本系统兼容,而且能够比现成产品更有效地提供陶瓷材料的好处。

陶瓷的3D打印潜力

众所周知,陶瓷具有高耐热性,但它们的脆性意味着公司直到最近才开始释放它们的潜力。

通用汽车股权研究中心HRL实验室在这一领域进行了重要的研究,开发了一种新的3D打印方法抗断裂陶瓷基复合材料去年(cmc)。通过使用一种新型的基于硅氧烷的预陶瓷树脂,该研究所已经能够制造出具有独特强度的玻璃状结构。

同样的,一个来自弗劳恩霍夫ik (开发了一种多材料喷射(MMJ)系统将金属和陶瓷组合成单个部件。利用他们的新过程,自3D印刷了一系列耐热部件,包括陶瓷增强卫星元件。

粘合剂喷射3D打印机制造商ExOne也在这一行动中,通过许可新型陶瓷基生产方法橡树岭国家实验室(ORNL)。采用这种工艺使得ExOne能够将其提供给客户,而客户现在也可以制造含铝的碳化硼组件。

研究人员的发现在他们的论文《新型复合丝可用于低成本的3D打印机制造复杂的陶瓷形状.“该研究由PeterVeteška,ZoraHajdúchová,Jozef Feranc,KatarínaTomanová,JánMilde,Michaela Kritikos,ŽubošBača和MariánJanek共同撰写。

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这张特写图片展示的是用该团队的新陶瓷制作的其中一个部件的切片模型。图片来自《今日应用材料》杂志。

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