| تاریخ ارسال: 1403/3/20 |
تحکیم دانش چاپ سه بعدی: تأثیر توزیع اندازه ذرات بر رفتار پخت رزینهای فتوترمال پرشده با سرامیک
نمونهای از یک سرامیک پلیمریزه شده با روش vat (Vat polymerized) که با استفاده از فناوری تولید سرامیک مبتنی بر لیتوگرافی Lithoz ایجاد شده است (منبع سایت یوتیوب Lithoz GmbH).
از روشهای مختلفی که برای پرینت سهبعدی قطعات سرامیکی استفاده میشود، تکنیکهای پلیمریزاسیون vat (Vat polymerization techniques)، بهویژه استریولیتوگرافی (SLA)، انتخاب رایجی برای کاربردهایی است که به قطعات صاف و دقیق نیاز دارند.
تکنیکهای پلیمریزاسیون Vat با استفاده از یک منبع نور (معمولاً ماوراء بنفش) برای کیور کردن انتخابی رزین مایع فوتوپلیمر حاوی ذرات سرامیکی در یک لایه جامد با استفاده از اطلاعات یک فایل CAD کار میکنند. سپس قطعه تحت فرآیندهای بایندرزدایی حرارتی و تف جوشی قرار میگیرد تا ماتریس پلیمری حذف شود و به چگالی نهایی برسد. با این حال، در حالی که تکنیکهای پلیمریزاسیون vat درجه بالایی از جزئیات و دقت را ارائه میدهند، قطعات سرامیکی نهایی اغلب از تردی رنج میبرند، به این معنی که آنها محدود به کاربردهای با تنش پایین هستند.
برای بهبود خواص مکانیکی سرامیکهای پلیمریزه شده با روش vat، محققان طیف وسیعی از عواملی را که بر فرآیند فوتوپلیمریزاسیون تأثیر میگذارند، مانند نوع رزین و شدت و طول موج نور، مورد مطالعه قرار دادهاند. در حالی که به خوبی تاثیر غلظت و خواص نوری ذرات سرامیکی در رزین بر نحوه پراکندگی و جذب نور مورد مطالعه قرار گرفته است، تاثیر توزیع اندازه ذرات سرامیکی بر ۱) فعل و انفعالات نور-ذره و ۲) رفتار کیورینگ رزینهای سرامیکی به طور کامل تحلیل نشده است.
محققان از دانشگاه اشتوتگارت آلمان، Wadih Yared، عضو ACerS و دانشجوی دکترا، وRainer Gadow ، استاد تمام و مدیر مؤسسه فناوریهای ساخت قطعات و کامپوزیتهای سرامیکی تحقیقاتی را در این زمینه انجام دادهاند. یارد و گادو در مطالعه خود به دنبال توضیح این همبستگی بین توزیع اندازه ذرات (PSD) و سینتیک پلیمریزاسیون رزینهای فوتوترمال پر شده با سرامیک بودند. برای انجام این کار، آنها چهار گرید از اکسید آلفا آلومینیوم را با PSD های مختلف انتخاب کردند. اکسید آلومینیوم به دلیل کاربرد گسترده آن در مواد نسوز، سرامیک، پرداخت و سایندهها انتخاب شد. قبل از ایجاد رزینهای پرشده از سرامیک، یارد و گادو پودرهای آلومینا مختلف را در آب دی یونیزه شده پراکنده کردند تا بتوانند برهمکنشهای نور و ذرات را با استفاده از طیفسنجی پراش لیزری و طیفسنجی UV/Vis ارزیابی کنند. سپس، آنها رزینهای حاوی ذرات سرامیکی را با استفاده از امواج فراصوت و یک میکسر خلاء گریز از مرکز سیارهای ایجاد کردند تا از پراکندگی خوب پودرهای آلومینا در یک رزین فوتوترمال مبتنی بر آکریلات اطمینان حاصل کنند. پس از پراکندگی، آنها رزینهای پر شده از سرامیک را در یک رئومتر با یک لوازم جانبی فوتوروئولوژی خودساخته قرار دادند تا سینتیک کیور شدن مواد را اندازهگیری کنند.
بر اساس این آزمایشها، یارد و گادو تعیین کردند که اندازه متوسط ذرات کوچکتر منجر به تضعیف بیشتر (یعنی کاهش) نور UV میشود که مطابق با نرخ فوتوپلیمریزاسیون کمتر است. بر اساس این یافته، که با نتایج نظری و تجربی گزارش شده در منابع مطالعاتی مطابقت دارد، جای تعجب نیست که اندازهگیریهای فوتورئولوژی نشان داد که ذرات بزرگتر به طور کلی منجر به نرخ پلیمریزاسیون سریعتر میشوند. با این حال، رزین های سرامیکی با اندازه ذرات متوسط بزرگتر نیز پایداری ساختاری پایینتری را نشان دادند زیرا ذرات بزرگتر سریعتر از ذرات کوچکتر رسوب میکنند، که منجر به لایههای ناقص و مشکلات در چاپ میشود. علاوه بر این، ذرات سرامیکی با اندازه متوسط ذرات کوچکتر به دلیل سطح مؤثر بزرگتر، عموماً رفتار کیورینگ بهتری از خود نشان دادند.
بنابراین، انتخاب پودر سرامیکی با PSD بهینه تابعی از عوامل متعدد است. یارد و گادو جمعبندی میکنند که: خوشبختانه، یافتههای ارائهشده در این مقاله میتواند بهعنوان راهنمایی برای انتخاب پودرهای سرامیکی برای توسعه رزینهای سرامیکی برای فوتوپلیمریزاسیون vat استفاده شوند.
مقاله مرجع:
تکنیکهای پلیمریزاسیون Vat با استفاده از یک منبع نور (معمولاً ماوراء بنفش) برای کیور کردن انتخابی رزین مایع فوتوپلیمر حاوی ذرات سرامیکی در یک لایه جامد با استفاده از اطلاعات یک فایل CAD کار میکنند. سپس قطعه تحت فرآیندهای بایندرزدایی حرارتی و تف جوشی قرار میگیرد تا ماتریس پلیمری حذف شود و به چگالی نهایی برسد. با این حال، در حالی که تکنیکهای پلیمریزاسیون vat درجه بالایی از جزئیات و دقت را ارائه میدهند، قطعات سرامیکی نهایی اغلب از تردی رنج میبرند، به این معنی که آنها محدود به کاربردهای با تنش پایین هستند.
برای بهبود خواص مکانیکی سرامیکهای پلیمریزه شده با روش vat، محققان طیف وسیعی از عواملی را که بر فرآیند فوتوپلیمریزاسیون تأثیر میگذارند، مانند نوع رزین و شدت و طول موج نور، مورد مطالعه قرار دادهاند. در حالی که به خوبی تاثیر غلظت و خواص نوری ذرات سرامیکی در رزین بر نحوه پراکندگی و جذب نور مورد مطالعه قرار گرفته است، تاثیر توزیع اندازه ذرات سرامیکی بر ۱) فعل و انفعالات نور-ذره و ۲) رفتار کیورینگ رزینهای سرامیکی به طور کامل تحلیل نشده است.
محققان از دانشگاه اشتوتگارت آلمان، Wadih Yared، عضو ACerS و دانشجوی دکترا، وRainer Gadow ، استاد تمام و مدیر مؤسسه فناوریهای ساخت قطعات و کامپوزیتهای سرامیکی تحقیقاتی را در این زمینه انجام دادهاند. یارد و گادو در مطالعه خود به دنبال توضیح این همبستگی بین توزیع اندازه ذرات (PSD) و سینتیک پلیمریزاسیون رزینهای فوتوترمال پر شده با سرامیک بودند. برای انجام این کار، آنها چهار گرید از اکسید آلفا آلومینیوم را با PSD های مختلف انتخاب کردند. اکسید آلومینیوم به دلیل کاربرد گسترده آن در مواد نسوز، سرامیک، پرداخت و سایندهها انتخاب شد. قبل از ایجاد رزینهای پرشده از سرامیک، یارد و گادو پودرهای آلومینا مختلف را در آب دی یونیزه شده پراکنده کردند تا بتوانند برهمکنشهای نور و ذرات را با استفاده از طیفسنجی پراش لیزری و طیفسنجی UV/Vis ارزیابی کنند. سپس، آنها رزینهای حاوی ذرات سرامیکی را با استفاده از امواج فراصوت و یک میکسر خلاء گریز از مرکز سیارهای ایجاد کردند تا از پراکندگی خوب پودرهای آلومینا در یک رزین فوتوترمال مبتنی بر آکریلات اطمینان حاصل کنند. پس از پراکندگی، آنها رزینهای پر شده از سرامیک را در یک رئومتر با یک لوازم جانبی فوتوروئولوژی خودساخته قرار دادند تا سینتیک کیور شدن مواد را اندازهگیری کنند.
بر اساس این آزمایشها، یارد و گادو تعیین کردند که اندازه متوسط ذرات کوچکتر منجر به تضعیف بیشتر (یعنی کاهش) نور UV میشود که مطابق با نرخ فوتوپلیمریزاسیون کمتر است. بر اساس این یافته، که با نتایج نظری و تجربی گزارش شده در منابع مطالعاتی مطابقت دارد، جای تعجب نیست که اندازهگیریهای فوتورئولوژی نشان داد که ذرات بزرگتر به طور کلی منجر به نرخ پلیمریزاسیون سریعتر میشوند. با این حال، رزین های سرامیکی با اندازه ذرات متوسط بزرگتر نیز پایداری ساختاری پایینتری را نشان دادند زیرا ذرات بزرگتر سریعتر از ذرات کوچکتر رسوب میکنند، که منجر به لایههای ناقص و مشکلات در چاپ میشود. علاوه بر این، ذرات سرامیکی با اندازه متوسط ذرات کوچکتر به دلیل سطح مؤثر بزرگتر، عموماً رفتار کیورینگ بهتری از خود نشان دادند.
بنابراین، انتخاب پودر سرامیکی با PSD بهینه تابعی از عوامل متعدد است. یارد و گادو جمعبندی میکنند که: خوشبختانه، یافتههای ارائهشده در این مقاله میتواند بهعنوان راهنمایی برای انتخاب پودرهای سرامیکی برای توسعه رزینهای سرامیکی برای فوتوپلیمریزاسیون vat استفاده شوند.
مقاله مرجع:
The paper, published in Ceramics International, is “The influence of particle size distribution on the curing behavior of ceramic-filled resins for vat photopolymerization” (DOI: ۱۰.۱۰۱۶/j.ceramint.۲۰۲۲.۱۱.۱۹۳).
منبع:
ترجمه: مهندس فاطمه قاسم زاده، دانشگاه صنعتی شریف