瑞士研究者：一種用于復雜陶瓷結構的混合增材制造工藝
時間：2023-05-25 10:14 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2023年5月，瑞士南部應用科學與藝術大學(SUPSI) 的一項博士項目開發了一種用于創建復雜陶瓷結構的新型混合3D打印工藝。Marco Pelanconi 取得了突破，他是帕多瓦大學Alberto Ortona 教授的博士生。
SUPSI 大學的混合材料實驗室( HM Lab) 已經對陶瓷 3D 打印材料進行了二十年的研究。此實驗室主要聚焦于聚合物和陶瓷基復合材料領域，以及多孔陶瓷材料的研究。主要研究活動涉及使用各種3D打印技術，用于生產具有高幾何復雜性的陶瓷物體的新型增材制造方法。2019年，Ortona教授展示了多孔3D打印技術在陶瓷材料方面的潛力。Pelanconi 已成功通過同一研究領域的博士論文答辯。
作為他的畢業論文項目，Pelanconi 開發了一種優化的 3D 打印工藝來生產復雜的陶瓷結構：
●該方法主要是通過 SLS 3D 打印技術制造具有高微孔率的聚合物預制件，并結合陶瓷前聚合物的滲透。
●然后使用熱解在大約 1000°C 下獲得聚合物到陶瓷的轉化。
●最終通過熔融硅滲透進行最終致密化，以獲得高密度的陶瓷部件。
該項目使用了Sintratec打印機，此款打印機允許研究者們改變很多打印參數，包括粉末表面溫度、層厚度、激光速度、孵化間距等等，從而可以輕松控制 3D 打印部件的孔隙率，可以說Sintratec打印機在項目研究過程中發揮了重要的角色。Pelanconi 說，通過改變這些因素，他能夠獲得理想的孔隙率和高質量的零件，這對于進一步滲透至關重要。
△在 Sintratec打印機中進行選擇性激光燒結后，Marco Pelanconi 去除殘留粉末以獲得 PA12 部件
為了說明此種工藝在制造復雜零件形狀上的優勢，Pelanconi 的研究集中在兩種具有不同拓撲結構的圓柱形多孔結構：旋轉立方體和陀螺儀。在用Sintratec PA12 打印并隨后轉化為陶瓷后，所得部件表現出出色的機械和熱性能，盡管零件收縮了約 25%，但它們仍然保持了原始形狀，沒有變形或宏觀裂紋。根據 Pelanconi 的說法，通過進一步的工藝優化，可以使得雙軸強度提高165MPa 。
△借助 Pelanconi 的工藝，可以快速高效地生產各種形狀復雜的陶瓷
總結
復雜的陶瓷結構十分具有前途，因為這些類別的材料提供了比鋼要好的熱機械性能，例如耐高溫、高抗氧化性、高抗熱震性和高強度，因此，陶瓷非常適合用于極端環境，例如熱交換器、催化劑載體、蓄熱器、燃燒器或航空航天。這種創新方法由 HM 實驗室的 Marco Pelanconi 提出，由于可從范圍廣泛的預陶瓷聚合物中獲得許多不同的陶瓷材料，因此可以用于高科技行業。
SUPSI 大學的混合材料實驗室( HM Lab) 已經對陶瓷 3D 打印材料進行了二十年的研究。此實驗室主要聚焦于聚合物和陶瓷基復合材料領域，以及多孔陶瓷材料的研究。主要研究活動涉及使用各種3D打印技術，用于生產具有高幾何復雜性的陶瓷物體的新型增材制造方法。2019年，Ortona教授展示了多孔3D打印技術在陶瓷材料方面的潛力。Pelanconi 已成功通過同一研究領域的博士論文答辯。
作為他的畢業論文項目，Pelanconi 開發了一種優化的 3D 打印工藝來生產復雜的陶瓷結構：
●該方法主要是通過 SLS 3D 打印技術制造具有高微孔率的聚合物預制件，并結合陶瓷前聚合物的滲透。
●然后使用熱解在大約 1000°C 下獲得聚合物到陶瓷的轉化。
●最終通過熔融硅滲透進行最終致密化，以獲得高密度的陶瓷部件。
該項目使用了Sintratec打印機，此款打印機允許研究者們改變很多打印參數，包括粉末表面溫度、層厚度、激光速度、孵化間距等等，從而可以輕松控制 3D 打印部件的孔隙率，可以說Sintratec打印機在項目研究過程中發揮了重要的角色。Pelanconi 說，通過改變這些因素，他能夠獲得理想的孔隙率和高質量的零件，這對于進一步滲透至關重要。
△在 Sintratec打印機中進行選擇性激光燒結后，Marco Pelanconi 去除殘留粉末以獲得 PA12 部件
為了說明此種工藝在制造復雜零件形狀上的優勢，Pelanconi 的研究集中在兩種具有不同拓撲結構的圓柱形多孔結構：旋轉立方體和陀螺儀。在用Sintratec PA12 打印并隨后轉化為陶瓷后，所得部件表現出出色的機械和熱性能，盡管零件收縮了約 25%，但它們仍然保持了原始形狀，沒有變形或宏觀裂紋。根據 Pelanconi 的說法，通過進一步的工藝優化，可以使得雙軸強度提高165MPa 。
△借助 Pelanconi 的工藝，可以快速高效地生產各種形狀復雜的陶瓷
總結
復雜的陶瓷結構十分具有前途，因為這些類別的材料提供了比鋼要好的熱機械性能，例如耐高溫、高抗氧化性、高抗熱震性和高強度，因此，陶瓷非常適合用于極端環境，例如熱交換器、催化劑載體、蓄熱器、燃燒器或航空航天。這種創新方法由 HM 實驗室的 Marco Pelanconi 提出，由于可從范圍廣泛的預陶瓷聚合物中獲得許多不同的陶瓷材料，因此可以用于高科技行業。
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