復(fù)雜陶瓷結(jié)構(gòu)混合SLS 3D打印工藝

2023年5月，南極熊獲悉，瑞士南部應(yīng)用科學(xué)與藝術(shù)大學(xué)(SUPSI) 的一項(xiàng)博士項(xiàng)目開發(fā)了一種用于創(chuàng)建復(fù)雜陶瓷結(jié)構(gòu)的SLS新型混合3D打印工藝。Marco Pelanconi 取得了突破，他是帕多瓦大學(xué)Alberto Ortona 教授的博士生。



SUPSI 大學(xué)的混合材料實(shí)驗(yàn)室( HM Lab) 已經(jīng)對(duì)陶瓷 3D 打印材料進(jìn)行了二十年的研究。此實(shí)驗(yàn)室主要聚焦于聚合物和陶瓷基復(fù)合材料領(lǐng)域，以及多孔陶瓷材料的研究。主要研究活動(dòng)涉及使用各種3D打印技術(shù)，用于生產(chǎn)具有高幾何復(fù)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(shù)在陶瓷材料方面的潛力。Pelanconi 已成功通過同一研究領(lǐng)域的博士論文答辯。

作為他的畢業(yè)論文項(xiàng)目，Pelanconi 開發(fā)了一種優(yōu)化的 3D 打印工藝來生產(chǎn)復(fù)雜的陶瓷結(jié)構(gòu)：



●該方法主要是通過 SLS 3D 打印技術(shù)制造具有高微孔率的聚合物預(yù)制件，并結(jié)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(zhuǎn)化。

●最終通過熔融硅滲透進(jìn)行最終致密化，以獲得高密度的陶瓷部件。



該項(xiàng)目使用了Sintratec打印機(jī)，此款打印機(jī)允許研究者們改變很多打印參數(shù)，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(jī)在項(xiàng)目研究過程中發(fā)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(zhì)量的零件，這對(duì)于進(jìn)一步滲透至關(guān)重要。




△在 Sintratec打印機(jī)中進(jìn)行選擇性激光燒結(jié)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(fù)雜零件形狀上的優(yōu)勢，Pelanconi 的研究集中在兩種具有不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的圓柱形多孔結(jié)構(gòu)：旋轉(zhuǎn)立方體和陀螺儀。在用Sintratec PA12 打印并隨后轉(zhuǎn)化為陶瓷后，所得部件表現(xiàn)出出色的機(jī)械和熱性能，盡管零件收縮了約 25%，但它們?nèi)匀槐３至嗽�始形狀，沒有變形或宏觀裂紋。根據(jù) Pelanconi 的說法，通過進(jìn)一步的工藝優(yōu)化，可以使得雙軸強(qiáng)度提高165MPa 。




△借助 Pelanconi 的工藝，可以快速高效地生產(chǎn)各種形狀復(fù)雜的陶瓷

總結(jié)
復(fù)雜的陶瓷結(jié)構(gòu)十分具有前途，因?yàn)檫@些類別的材料提供了比鋼要好的熱機(jī)械性能，例如耐高溫、高抗氧化性、高抗熱震性和高強(qiáng)度，因此，陶瓷非常適合用于極端環(huán)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(chuàng)新方法由 HM 實(shí)驗(yàn)室的 Marco Pelanconi 提出，由于可從范圍廣泛的預(yù)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(yè)。