La céramique fait partie des matériaux les plus anciens fabriqués par l'homme. À la fois, ils comptent parmi les matériaux les plus prometteurs pour les technologies clés du XXIe siècle. Cependant, les céramiques sont difficiles à façonner et à traiter, en particulier pour les applications où l'impression 3D, également connu sous le nom de fabrication additive (AM), serait une méthode de fabrication intéressante.

Doctorat de l'Université de technologie d'Eindhoven (TU/e) Le candidat Steyn Westbeek a développé un modèle pour aider à rendre possible la FA d'objets en céramique plus grands. Cette recherche faisait partie d'un projet de recherche plus vaste - en collaboration avec le centre de recherche scientifique appliquée TNO et le TU / e High Tech Systems Center - avec d'autres doctorants. candidats, étudier l'ensemble du processus d'impression pour la céramique, y compris le dépôt de couches et l'amélioration des concepts et du contrôle des imprimantes 3D.

Des propriétés uniques à la fois un avantage et un défi

Les céramiques sont généralement d'excellents isolants électriques et thermiques qui sont durs, fort, biocompatible et robuste face à de nombreux produits chimiques et températures. Ces propriétés uniques signifient que la céramique pourrait aider à améliorer la qualité de vie, économiser l'énergie, réduire l'usure et augmenter la durée de vie des composants dans de nombreuses applications différentes. Cependant, ces qualités rendent également probable que des déformations et des fissures se produisent à un certain stade au cours du processus d'impression 3D - généralement, à cause des contraintes dans le matériau.

Bien que de plus en plus courant pour d'autres matériaux, La FA n'est pas bien comprise pour la céramique. Jusqu'à maintenant, il a surtout été utilisé pour produire de faibles volumes d'objets très détaillés de moins de quelques cm. Les objets plus gros courent un risque élevé de fissuration.

Westbeek a créé un modèle des processus physiques à l'intérieur de l'imprimante 3D, pour aider à améliorer la compréhension de l'impression 3D de céramiques et permettre l'impression d'objets plus grands. La FA de la céramique est un processus en deux étapes :d'abord, des couches très minces d'un mélange de poudre céramique et d'un liant sont déposées, durci par la lumière UV entre chaque couche. Cela crée la forme finale de l'objet. Seconde, l'objet est chauffé dans un four pour enlever le liant, un peu comme la cuisson d'une sculpture en argile.

Prédire ce qui ne va pas pendant la phase de durcissement

Westbeek s'est principalement concentré sur la phase de durcissement UV, où le mélange liant/poudre devient solide. L'étape de durcissement peut être une source de contraintes dans le matériau. Le modèle comprend les paramètres de l'imprimante, telles que les caractéristiques de la source de lumière UV et les propriétés du liant, et des processus tels que la lumière rebondissant sur la poudre céramique et l'augmentation de la température à l'intérieur de l'objet pendant le durcissement.

Avec cette connaissance, il est possible de modifier le processus d'impression 3D pour s'assurer qu'il fonctionne le mieux pour la forme que vous souhaitez imprimer. Cela réduit de nombreux problèmes différents, comme des murs trop épais, surchauffe de l'objet, durcissement trop faible ou inégal et, finalement, le développement de contraintes pouvant conduire à des fissures et à des déformations indésirables. Cette nouvelle compréhension est une étape précieuse vers l'impression de céramiques de forme complexe et de grande surface.