Тема: КЕРАМИЧЕСКИЕ ФОТООТВЕРЖДАЕМЫЕ СУСПЕНЗИИ НА ОСНОВЕ ПОРОШКА ВК95-1 И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ СВОЙСТВ

Аддитивная технология (АТ), представляет собой процесс изготовления, при котором изделие изготавливается слой за слоем. АТ обеспечивает гибкость для производства сложных конструкций с относительно небольшими усилиями, временем и затратами, что позволяет более индивидуально подходить к изготовлению продуктов. Поскольку обрабатывающая промышленность перешла от массового производства одноразовой продукции к производству по индивидуальному заказу, чтобы лучше удовлетворять индивидуальные потребности клиентов [1] и повышать экономическую конкурентоспособности, АТ открыл возможности для более творческого подхода и изучения новых возможностей
Аддитивная технология была внедрена в конце 1980 -х годов. С тех пор было опубликовано множество работ, отражающих интерес и важность этой области. Ряд обзорных статей были посвящены процессам изготовления [2] и материалам, таким как: металл [3,4], полимеры [5], керамика [6] и различные композиты [7].
В последние годы резко возросло использование керамических материалов с высокими эксплуатационными свойствами. Однако до тех пор, пока не были внедрены процессы A^ компаниям было трудно удовлетворить спрос из-за проблем с производством высокопроизводительных керамических материалов [8] со сложной геометрией и индивидуальным дизайном [9,10]. Высокопроизводительная керамика (ВК) обладает такими характеристиками, как высокая прочность на изгиб и растяжение, высокая термодинамическая стабильность (или устойчивость к нагреву), коррозия, истиранию и окислению [11]. Она также чрезвычайно легкая и имеет выдающуюся стабильность размеров даже в термически агрессивных и абразивных средах. Были внедрены специальные порошковые материалы ВК для аддитивных технологий, которые исследуются с целью повышения универсальности для различных применений. На рисунке 1 изображено несколько примеров 3
применения АТ с использованием керамических материалов. ВК обычно подразделяют на оксиды, карбиды и нитриды [9]. Наиболее широко используются оксиды. Из них Al2O3 является наиболее часто используемым конструкционным материалом благодаря своей высокой химической и термической стойкости его часто используют в таких областях, как изоляционные и биомедицинские устройства [12]. Также оксиды используются для пьезоэлектрического эффекта, термической чувствительности и электропроводности используются в лямбда датчиках ZrO2, в приводах и тиглях MgO, а для защиты от высоких температур используют Al2O3, TiO2.
Процессы механической обработки, такие как фрезерование или шлифование, приводят к сильному износу инструмента и снижению производимости материалов, что приводит к высоким производственным затратам. Из-за ограничений геометрии и усадки во время спекания использование ВК исторически было исключено для множеств применений. Использование технологий 3D печати может решить многие из вышеописанных ограничений.
Несмотря на множество различных исследований в области 3-D печати с использованием керамических материалов, стабильных и отработанных технологий, компаний предоставляющих услуги 3-D печати по всему миру не так много, среди них: Lithoz, 3D Ceram, Admatec, Tethon, Additive fabrication, Innovax. Так же одной из существующих проблем является сложность в получении пригодной для 3-D печати суспензии с содержанием керамики от 70 масс. %. Которая будет отверждаться достаточно быстро не теряя при этом свойств исходного материала. В связи с этим актуальной задачей является изучение механизмов получения высоконаполненных керамических суспензий и разработка керамической суспензии с использованием порошка ВК95-1 для применения в стереолитографической 3-D печати, изучение структуры и свойств полученных материалов.

Купить

В результате проведенных исследований были разработаны научнотехнологические режимы получения керамик методом
стереолитографической 3-D печати из высоконаполненных
фотоотверждаемых суспензий с содержанием порошка ВК95-1.
Определена зависимость глубины отверждения монослоя от концентрации фотоинициатора радикальной полимеризации.
Проведен анализ термического разложения исходного связующего.
Построен вариант термического режима для спекания керамики.
Проведены исследования кажущейся и истинной плотностей материала, определена величина усадки после спекания.
Определена величина усадки полученных образцов.
По результатам исследования можно сделать следующие основные выводы:
1. Установлено, что при введении 0,5 масс. % фотоинициатора достигается наибольшая толщина монослоя. Средняя глубина отверждения монослоя при 30 секундной полимеризации равна 250 мкм.
2. Разработан состав фотоотверждаемой суспензии, содержащий 70 масс. % ВК95-1 и 0,5 масс. % TPO для 3-D печати керамических изделий по технологии DLP и многоступенчатый режим спекания с максимальной температурой 1650С обеспечивающий полное удаление связующего (фотополимера).
3. Геометрическая усадка спеченных образцов по оси Z составила 25%, а по осям X и Y 20%, усадка по массе составляет порядка 30 масс. %. Плотность спеченных образцов составила 85% от теоретической плотности используемого материала (3,68 г/см3).
4. В результате добавления 0,5 масс. % TPO время печати сократилось на 25% по сравнению с аналогичным составом без добавления TPO.

Купить