Nieuws

Additive manufacturing van FGM’s en keramiek

Printen van keramiek op basis van een composietfilament

Onderzoekers aan de Universiteit van Missouri bestuderen functionally graded materials (FGM’s) op basis van het Ceramic on-Demand Extrusion-procedé (CODE). Additive manufacturing is een ideaal procedé om materialen te creëren die worden gekenmerkt door geleidelijke variaties in de samenstelling. Dat maakt het mogelijk om eigenschappen te combineren die met monolithische materialen onmogelijk zijn.

AM-technieken door fusie zijn echter niet geschikt voor materialen met hoge smelttemperaturen, zoals keramiek, en het resultaat van inkjetting-procedés is te poreus. De extrusieprocedés lenen zich dus het best voor het creëren van FGM’s. Dat stelt Sirris.

Vooral combinaties van aluminium en zirkoon (Al2O3/ZrO2) lijken interessant voor toepassingen als kogelgewrichten van protheses, waarbij de zirkoonkern een hoge weerstand biedt en het risico op scheurvorming beperkt, terwijl het aluminium oppervlak garant staat voor een lange levensduur in het menselijk lichaam.

Vervorming beperken

De onderzoekers hebben een dynamisch mixing-mechanisme ontwikkeld en extruderen de twee materialen via afzonderlijke extruders in een mengkamer met gecontroleerd debiet. De verkregen pasta’s zijn homogeen en kunnen met een geplande verdeling van de samenstelling worden gedeponeerd. De wetenschappers hebben bij het drogen vervormingen vastgesteld, door verschillende krimp van beide materialen; bij het sinteren kunnen die vervormingen scheuren en delaminatie veroorzaken niet alleen door de verschillende krimp, maar ook door de verschillende thermische uitzettingen.

Een meer geleidelijke materiaalsamenstellingsgradiënt kan die vervorming en het risico op defecten aan het werkstuk beperken. Daarnaast zou de krimp ook kunnen worden beperkt door de intrinsieke eigenschappen van de basismaterialen bij te stellen, om zo de spanningen en vervormingen te minderen. Er is nog een lange weg te gaan, maar de resultaten zijn alvast veelbelovend, stellen de onderzoekers.

Keramisch composiet

Een onderzoeksteam van het Karlsruhe Institute of Technology en de Universiteit van Freiburg werkt aan de ontwikkeling van een nieuw keramisch composietmateriaal en een nieuw toepassingsprocedé via 3D-printing. Het composietfilament wordt op een desktopprinter geprint via spuitmonden die een hele kleine diameter kunnen hebben, om kleine componenten of details van 100 µm te maken. De thermische nabehandeling, met debinding en sintering, benadert die van het keramisch spuitgieten (CIM).

De onderzoekers hebben keramische componenten geprint met aluminiumoxidepoeders met een korrel van minder dan een micron. Dat poeder wordt met een polymeer bindmiddel op een schroefextruder gemengd. De componenten worden op een via RepRap licht gewijzigde desktop FDM-printer X350pro geprint, om een filament van 3 mm te kunnen verwerken.

De viscositeit van de materialen neemt toe met de stijging van het gehalte aan vaste ladingen. Het met 50% keramiek gevulde filament vertoont een goed printgedrag; het materiaal met 55% vaste lading vergt een spuitmond van 400 µm en een vulling van 60% vertoont een te hoge viscositeit om door de printer te worden geëxtrudeerd. De materialen met een vaste vulling van 50% zijn printbaar met spuitmonden van kleiner dan 150 µm. De open structuren halen na het sinteren 98,4% van de theoretische dichtheid; de testcomponenten hebben een dichtheid van 97,3% terwijl de CIM-componenten een dichtheid van 99,7% halen.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven