НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
doi: 10.17586/2226-1494-2020-20-1-52-57
УДК 621.002.3:669.018.9
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕЖИМОВ 3D-ПЕЧАТИ КЕРАМИКОЙ И СИНТЕРИЗАЦИИ НА ПРОЦЕСС УСАДКИ ТОНКОСТЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ
Читать статью полностью
Ссылка для цитирования:
Аннотация
Предмет исследования. Изучено влияние режимов 3D-печати и термической обработки тонкостенных деталей, изготовленных из керамической пасты. Исследование выполнено на примере печати пластин с габаритами 20 × 5 × 40 мм. Определена связь режимов 3D-печати, термической обработки с процентом усадки и качеством поверхности получаемых керамических деталей. Метод. Керамические детали создавались с применением 3D-печати по методу лазерной стереолитографии. При термообработке детали были разделены на три группы. Каждая группа деталей располагалась в печи в одном из трех положений: в металлическом коробе под слоем кварца, под слоем циркониевых шариков, на поверхности циркониевых шариков. Основные результаты. Проведено сравнение качества поверхности и процента усадки образцов, толщиной напечатанного слоя 25, 50 и 100 мкм и термически обработанных в указанных условиях. Установлено, что при уменьшении толщины слоя и размера частиц пасты от 1–5 мкм до 0,01–1 мкм, а также при увеличении продолжительности термообра- ботки улучшается качество поверхности образцов, и приблизительно в два раза уменьшается процент усадки. Практическая значимость. Применение новых режимов и усовершенствованных условий термообработки дает возможность существенно уменьшить количество дефектов (трещин) и значительно уменьшить усадку образцов. Предлагаемый технологический процесс лазерной стереолитографии позволяет создавать тонкостенные керамические изделия более высокого качества с высокой точностью геометрических размеров. Полученные результаты позволяют применять предложенную методику и режимы для создания керамических деталей в таких областях промышленности как авиастроение, радиоэлектроника, медицина и другие отрасли.
Список литературы
2. Griffith M.L., Halloran J.W. Freeform fabrication of ceramics via stereolithography // Journal of the American Ceramic Society. 1996. V. 79. N 10. P. 2601–2608. doi: 10.1111/j.1151-2916.1996.tb09022.x
3. Badev A., Abouliatim Y., Chartier T., Lecamp L., Lebaudy P., Chaput C., Delage C. Photopolymerization kinetics of a polyether acrylate in the presence of ceramic fillers used in stereolithography // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 2011. V. 222. N 1. P. 117–122. doi: 10.1016/j.jphotochem.2011.05.010
4. Xing H., Zou B., Li S., Fu X. Study on surface quality, precision and mechanical properties of 3D printed ZrO2 ceramic components by laser scanning stereolithography // Ceramics International. 2017. V. 43. N 18. P. 16340–16347. doi: 10.1016/j.ceramint.2017.09.007
5. Hwa L.C., Rajoo S., Noor A.M., Ahmad N., Uday M.B. Recent advances in 3D printing of porous ceramics: A review // Current Opinion in Solid State and Materials Science. 2017. V. 21. N 6. P. 323–347. doi: 10.1016/j.cossms.2017.08.002
6. Chen Z., Li D., Zhou W., Wang L. Curing characteristics of ceramic stereolithography for an aqueous-based silica suspension // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2010. V. 224. N 4. P. 641–651. doi: 10.1243/09544054JEM1751
7. Gibson I., Shi D. Material properties and fabrication parameters in selective laser sintering process // Rapid prototyping journal. 1997. V. 3. N 4. P. 129–136. doi: 10.1108/13552549710191836
8. Lombardo S.J. Minimum time heating cycles for diffusion controlled binder removal from ceramic green bodies // Journal of the American Ceramic Society. 2015. V. 98. N 1. P. 57–65. doi: 10.1111/jace.13284
9. Nigay P.-M., Cutard T., Nzihou A. The impact of heat treatment on the microstructure of a clay ceramic and its thermal and mechanical properties // Ceramics International. 2017. V. 43. N 2. P. 1747–1754. doi: 10.1016/j.ceramint.2016.10.084
10. Raju B.S., Chandrashekar U., Drakshayani D.N., Chockalingam K. Determining the influence of layer thickness for rapid prototyping with stereolithography (SLA) process // International Journal of Engineering Science and Technology. 2010. V. 2. N 7. P. 3199–3205.
11. Chen Z., Li D., Zhou W. Process parameters appraisal of fabricating ceramic parts based on stereolithography using the Taguchi method // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2012. V. 226. N 7. P. 1249–
1258. doi: 10.1177/0954405412442607
12. Sun C., Tian X., Wang L., Liu Y., Wirth C.M., Günster J., Li D., Jin Z. Effect of particle size gradation on the performance of glass-ceramic 3D printing process // Ceramics International. 2017. V. 43. N 1. P. 578–584. doi: 10.1016/j.ceramint.2016.09.197
13. Özdemir H., Özdoğan A. The effect of heat treatments applied to superstructure porcelain on the mechanical properties and microstructure of lithium disilicate glass ceramics // Dental Materials Journal. 2018. V. 37. N 1. P. 24–32. doi: 10.4012/dmj.2016-365
14. Толкачева А.С., Павлова И.А. Общие вопросы технологии тонкой керамики: учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во Уральского федерального университета, 2018. 184 с.
15. Wang X., Zhao J., Cui E., Liu H., Dong Y., Sun Z. Effects of sintering parameters on microstructure, graphene structure stability and mechanical properties of graphene reinforced Al2O3-based composite ceramic tool material // Ceramics International. 2019. V. 45. N 17. P. 23384–23392. doi: 10.1016/j.ceramint.2019.08.040
