复杂陶瓷结构混合SLS 3D打印工艺

3D打印动态
2023
05/24
22:55
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2023年5月,南极熊获悉,瑞士南部应用科学与艺术大学(SUPSI) 的一项博士项目开发了一种用于创建复杂陶瓷结构的SLS新型混合3D打印工艺。Marco Pelanconi 取得了突破,他是帕多瓦大学Alberto Ortona 教授的博士生。

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SUPSI 大学的混合材料实验室( HM Lab) 已经对陶瓷 3D 打印材料进行了二十年的研究。此实验室主要聚焦于聚合物和陶瓷基复合材料领域,以及多孔陶瓷材料的研究。主要研究活动涉及使用各种3D打印技术,用于生产具有高几何复杂性的陶瓷物体的新型增材制造方法。2019年,Ortona教授展示了多孔3D打印技术在陶瓷材料方面的潜力。Pelanconi 已成功通过同一研究领域的博士论文答辩。

作为他的毕业论文项目,Pelanconi 开发了一种优化的 3D 打印工艺来生产复杂的陶瓷结构:

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●该方法主要是通过 SLS 3D 打印技术制造具有高微孔率的聚合物预制件,并结合陶瓷前聚合物的渗透。

●然后使用热解在大约 1000°C 下获得聚合物到陶瓷的转化。

●最终通过熔融硅渗透进行最终致密化,以获得高密度的陶瓷部件。

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该项目使用了Sintratec打印机,此款打印机允许研究者们改变很多打印参数,包括粉末表面温度、层厚度、激光速度、孵化间距等等,从而可以轻松控制 3D 打印部件的孔隙率,可以说Sintratec打印机在项目研究过程中发挥了重要的角色。Pelanconi 说,通过改变这些因素,他能够获得理想的孔隙率和高质量的零件,这对于进一步渗透至关重要。

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△在 Sintratec打印机中进行选择性激光烧结后,Marco Pelanconi 去除残留粉末以获得 PA12 部件

为了说明此种工艺在制造复杂零件形状上的优势,Pelanconi 的研究集中在两种具有不同拓扑结构的圆柱形多孔结构:旋转立方体和陀螺仪。在用Sintratec PA12 打印并随后转化为陶瓷后,所得部件表现出出色的机械和热性能,尽管零件收缩了约 25%,但它们仍然保持了原始形状,没有变形或宏观裂纹。根据 Pelanconi 的说法,通过进一步的工艺优化,可以使得双轴强度提高165MPa 。

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△借助 Pelanconi 的工艺,可以快速高效地生产各种形状复杂的陶瓷

总结
复杂的陶瓷结构十分具有前途,因为这些类别的材料提供了比钢要好的热机械性能,例如耐高温、高抗氧化性、高抗热震性和高强度,因此,陶瓷非常适合用于极端环境,例如热交换器、催化剂载体、蓄热器、燃烧器或航空航天。这种创新方法由 HM 实验室的 Marco Pelanconi 提出,由于可从范围广泛的预陶瓷聚合物中获得许多不同的陶瓷材料,因此可以用于高科技行业。


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