FGK研究中心:扩大与AIM3D在陶瓷AM研究方面的合作伙伴关系

3D打印资讯
2023
01/22
23:35
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3D 打印工艺在玻璃和陶瓷领域越来越重要,可以成为传统铸造工艺的一种替代方法。自 2021 年以来,位于 Hoehr-Grenzhausen 的 FGK(Forschungsinstitut für Glas/Keramik)一直在使用AIM3D 的 ExAM 255 CEM 3D 打印系统进行研究。增材制造在评估陶瓷试样中具有时间和成本优势,它还支持更多的材料组合,比如技术陶瓷等。

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CEM工艺作为一种3D打印方法,建立在更传统的 CIM 工艺(陶瓷注射成型)之上。这种工艺节省了大量时间并显着降低了成本,已经应用在原型制作中和材料测试中,可以更快地评估新的陶瓷材料。

陶瓷多组分技术
项目工程师 Murat Demirtas 解释说:“AIM3D 的CEM工艺的真正魅力在于它的灵活性。ExAM 255 多材料打印机可以使用陶瓷/陶瓷、陶瓷/聚合物或陶瓷/金属的组合,扩展了多种材料类型,能够实现功能设计。”

具体来说,可以在单个组件中使用不同陶瓷的组合或其他材料,以获得某些力学特性和外观。研究人员还可以先使用CIM工艺生产大型底座,然后使用CEM工艺打印较小的打印组件。

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△FGK 的项目工程师 Murat Demirtas 在实验室评估测试样本。

用于电绝缘的陶瓷和用于导电的金属材料也十分具有优势。这允许 MID(多集成设备)方法,提高组件的性能。更改晶粒的尺寸大小可以获得表面特性,还有某些化学(介质电阻)、电气(电导率系数)或热(耐温)特性,这得益于混合材料和混合制造解决方案,可以说,使用CEM工艺的3D打印开辟了多种可能性。

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△在 ExAM 255 上打印的 Al2O3(氧化铝)材料

通过 FEA 设计陶瓷组件
3D 组件的设计已经是数字流程链的一部分。3D组件的原始几何形状在迭代过程中使用有限元分析 (FEA) 进行优化,并连续模拟组件内的应力区。此外,由于热过程导致的陶瓷收缩会造成3D组件的变形,所以3D打印原始模型的设计尤为重要。

拓扑结构也是重要的一环,可以使用晶格结构来减轻重量,同时保证一定的强度。Murat Demirtas说:“有限元分析工具使设计组件成为可能,使其特别适合所需的应用。”

3D 打印技术陶瓷的优势
●AIM3D 的 CEM 工艺使用传统的颗粒或粉末,与细丝相比具有很高的成本效益。对于原料,总成本最多可降低10倍。此外,具有不同密度的仿生结构已变为现实,与传统的 CIM 工艺相比,打印出的部件中的应力也减少了很多。

●在现有技术下,产品可以变得更轻,材料也更少。与铣削或铸造相比,减少资源消耗是3D打印工艺的明显优势。此外,3D打印可以实现传统制造工艺无法生产的几何形状,例如特殊底切或仿生设计。

●另一个显着优势是“一次性技术”方法:即使集成了某些功能,也无需组装即可连续构建组件。因此,可以通过再造技术,利用3D打印优化传统组件。FGK 进行的研究包罗万象:从材料研究,到旨在减少组件应力的拓扑优化,再到功能增强和集成,以及表面质量(孔隙率)的定制。

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△FGK 能力中心负责人 Marcus Emmel 博士

FGK 的研究

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FGK 研究所使用各种工艺技术(包括 CEM 工艺)进行材料分析,目的是进一步开发陶瓷的性能。该研究所还代表工业公司提供材料服务和整个过程链的咨询服务。因此,FGK 是原材料生产商、机器制造商和加工业之间的促进者。

陶瓷部件由于其生物相容性和强度而在医疗植入物中发挥重要作用,例如开孔结构特别适合在组织中吸收。具有变密度的结构可节省材料和重量并产生所需的杨氏模量。陶瓷部件的核心应用领域是技术陶瓷。根据应用的不同,陶瓷溶液可以具有以下特性:耐热性远超过 1000 °C、电绝缘、高介电常数、高耐磨性和耐磨性、硬度可变、热导率可变、低密度甚至低热膨胀等。

应用领域包括,例如,加热元件、火花塞、高压元件、电子电路、高容量陶瓷电容器、滑动表面、用于激光和水射流切割的喷嘴(切割喷嘴)、泵中的滑动轴承、活塞和气缸、粉末涂层金属表面、滚珠轴承、用作切削材料(切削陶瓷)、机械加工、化学工业中的泵涂层以及医疗技术中提到的植入物。非技术(传统)陶瓷也很重要,例如,在实用陶瓷(包括瓷器)、瓷砖或卫生用品领域,但是,这些材料通常使用其他大尺寸AM技术处理,例如 LFAM(用于混凝土)、气动挤压(用于瓷器和粘土)或粘合剂喷射(用于沙子)。


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