طراحی یک جزء سرامیکی از طریق FEA
فرآیند پرینت سه بعدی برای شیشه و سرامیک اهمیت فزاینده ای پیدا می کند و اکنون مکمل فرآیندهای ریخته گری معمولی مبتنی بر قالب یا حتی آسیاب است. از سال 2021، FGK (موسسه تحقیقاتی برای شیشه/سرامیک) در Hoehr-Grenzhausen از سیستم پرینت سه بعدی ExAM 255 CEM fمتخصص اکستروژن رام AIM3D برای اهداف تحقیقاتی. فرآیند AM مزایای عمده ای را با توجه به زمان و هزینه در ارزیابی نمونه های آزمایش سرامیکی ارائه می دهد. همچنین ترکیب مواد بیشتری را نسبت به استراتژی های استاندارد تولید امکان پذیر می کند. تمرکز بر سرامیک های فنی، بلکه بر روی کاربردهای پزشکی است.
فرآیند CEM، به عنوان رویکردی برای چاپ سه بعدی، بر اساس فرآیند معمولی CIM (قالب‌گیری تزریقی سرامیک) است. ساخت قطعات بدون ابزار باعث صرفه جویی قابل توجهی در زمان و کاهش قابل توجه هزینه ها می شود. با اثبات این موضوع برای نمونه سازی، این امر به ویژه در تولید نمونه های آزمایشی برای آزمایش مواد مهم است – بنابراین مواد سرامیکی جدید را می توان با سرعت بیشتری ارزیابی کرد.
بسته به کاربرد، یک محلول سرامیکی می تواند ویژگی های زیر را داشته باشد: مقاومت در برابر حرارت تا بیش از 1000 درجه سانتی گراد، عایق الکتریکی، ثابت دی الکتریک بالا، مقاومت در برابر سایش و سایش بالا، درجه سختی متغیر، هدایت حرارتی متغیر، چگالی کم یا حتی کم انبساط حرارتی، فقط چند کلمه کلیدی از این ماده همه کاره را نام ببریم.
ترکیب سرامیک برای عایق الکتریکی و فلز برای هدایت نیز جالب است. این امکان را برای رویکردهای MID (دستگاه های چندپارچه) فراهم می کند. بدیهی است که ویژگی های عملکرد یک جزء را نیز می توان افزایش داد. پارامترهای ممکن اندازه دانه‌های متغیر و ویژگی‌های سطحی خاص، اما همچنین خواص شیمیایی خاص (مقاومت رسانه)، الکتریکی (ضریب هدایت)، یا حرارتی (مقاومت در برابر دما) هستند. پرینت سه بعدی با استفاده از فرآیند CEM به لطف مواد هیبریدی و راه حل های تولید ترکیبی، امکانات متنوعی را در اختیار شما قرار می دهد.
به طور خاص، این بدان معنی است که ترکیبی از سرامیک های مختلف، یا ترکیبی از کلاس های مواد دیگر، می تواند در یک جزء به منظور بازتولید خواص خاص در یک جزء استفاده شود. همچنین می توان با شروع با یک پایه حجیم تولید شده از طریق فرآیند CIM و سپس افزودن یک جزء کوچکتر چاپ شده با استفاده از فرآیند CEM، قطعات را ایجاد کرد.
فرآیند CEM AIM3D از گرانول ها یا پودرهای معمولی استفاده می کند که در مقایسه با رشته ها بسیار مقرون به صرفه هستند. برای مواد اولیه، هزینه های کل را می توان تا ضریب 10 کاهش داد. علاوه بر این، ساختارهای بیونیک با چگالی های مختلف امکان پذیر است و کاهش تنش ها در جزء نیز مزیت هایی را در مقایسه با فرآیند CIM معمولی ایجاد می کند.
اکنون قطعات می توانند سبک تر شوند و نیاز به استفاده از مواد کمتری دارند. کاهش مصرف منابع، در مقایسه با آسیاب یا ریخته‌گری، مزیت آشکار استراتژی چاپ سه بعدی است. علاوه بر این، پرینت سه بعدی هندسه‌هایی را امکان‌پذیر می‌کند که با فرآیندهای تولید متعارف، مانند طرح‌های زیرزمینی خاص یا طرح‌های بیونیک، قابل تولید نیستند.
طراحی یک جزء سه بعدی در حال حاضر بخشی از زنجیره فرآیند دیجیتال است. هندسه اصلی یک جزء سه بعدی در یک فرآیند تکراری با استفاده از تجزیه و تحلیل المان محدود (FEA) و شبیه سازی متوالی مناطق تنش درون مولفه بهینه شده است. علاوه بر این، در نظر گرفتن انقباض سرامیک به دلیل کنترل فرآیند حرارتی منجر به سازگاری‌های اضافی مولفه سه بعدی می‌شود.
ترکیبات جدید گرانول های سرامیکی نیز می توانند سریعتر ایجاد شوند. علاوه بر این، فناوری CEM به FGK اجازه می دهد تا مستقل تر باشد زیرا نیازی به ایجاد قالب و ظرفیت برای نمونه های آزمایشی نیست. بنابراین FGK از طریق چاپ سه بعدی خودکفا است.
تکنولوژی چند جزئی سرامیکی
زمینه های کاربرد عبارتند از، به عنوان مثال، عناصر گرمایش، شمع ها، عناصر فشار قوی، مدارهای الکترونیکی، خازن های سرامیکی با ظرفیت بالا، سطوح کشویی، نازل برای برش لیزر و جت آب (نازل های برش)، یاتاقان های کشویی در پمپ ها، پیستون ها. و سیلندرها، سطوح فلزی با پوشش پودری، بلبرینگ ها، استفاده به عنوان مواد برش (سرامیک های برش)، در ماشینکاری، پوشش پمپ ها در صنایع شیمیایی و همچنین ایمپلنت های ذکر شده در فناوری پزشکی. سرامیک های غیر فنی (سنتی) نیز مهم هستند، به عنوان مثال، در زمینه سرامیک های کاربردی (از جمله چینی)، کاشی ها، یا اشیاء بهداشتی، با این حال، این مواد معمولاً با استفاده از سایر فناوری های AM فرمت بزرگ مانند LFAM (برای بتن) پردازش می شوند. اکستروژن پنوماتیک (برای چینی و خاک رس) یا جت بایندر (برای ماسه).
