研究

使用小说方法,科学家们成功地将陶瓷3D打印成本削减了95%

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一个研究人员团队西部大学美国、加拿大和美国特兰托大学,意大利,已经开发出一种新的3D印刷完全密集陶瓷结构的低成本方法。

该方法仅利用经济实惠的桌面FFF 3D打印机和称为聚合物衍生陶瓷(PDC)的材料。从本质上讲,可以在它们的聚合物状态中印刷完美的结构并在炉中烧制,以实现高分辨率陶瓷部件,而没有与直接3D打印陶瓷相关的麻烦和成本。

国际团队认为其工作可能对高温系统等应用具有重大影响,如骨组织再生,在田地中提供可访问性,通常是进入高障碍的同义词。

Joshua Pearce博士,该研究的共同作者,州“在我们的方法中,可以在聚合物状态下成形,然后热解产生不同类型的陶瓷。可以使用该技术制造细胞陶瓷。在我们的研究中,报道了使用PDC的两步方法的细胞陶瓷的新颖制造。“

高温稳定性试验期间3D印刷陶瓷结构的SEM成像。通过西方大学的形象。
高温稳定性试验期间3D印刷陶瓷结构的SEM成像。通过西方大学的形象。

陶瓷3D打印的挑战

在工业和学术界,我们在全密度陶瓷的3D打印方面取得了重大进展,利用了大量的增材制造技术,如立体平版印刷、粘结剂喷射,甚至粉末床聚变。不幸的是,陶瓷3D打印所需的许多系统和材料都相对昂贵且难以操作,这限制了对复杂陶瓷部件的访问。

PDCS - 由陶瓷聚合物热解形成的PDCS材料 - 在没有许多障碍的情况下提供给陶瓷3D印刷的交替途径。这些材料可以在最终后处理阶段之前以更容易的聚合物形式印刷。据Pearce和他的团队仍然仍然存在缺乏CFF 3D打印与PDC的缺乏研究。

TPU和polysilazane

为了使突出项目踢出,研究人员用预凝聚聚合物(聚硅氮烷)浸渍热塑性聚氨酯(TPU)的长丝。然后将得到的浸渍材料用于3D打印一组细胞结构,该细胞结构热解体以产生完全致密的SioC(n) - 最终陶瓷材料。

印刷陶瓷结构被发现能够承受高达1500°C的工作温度,同时在桌面上制造Lulzbot3D打印机与现成的材料。研究人员计算出,他们可以用3D打印这些复杂的陶瓷结构,成本不到同类方法的5%。

另外,SiOC(n)部分被确定为生物相容性,促进其表面上的快速细胞粘附。通过调节材料的孔隙率来调节组件上的早期细胞活化,使团队能够模仿人骨组织几何形状以允许骨再生应用。

在未来的工作中,Pearce和他的团队打算通过添加纳米填料添加剂或微调基于tpu的灯丝来修改打印方法。这可以将该技术的可能应用扩展到诸如有源过滤器、催化转换器和导电组件等用例。

该研究的进一步细节可以在标题为“通过将熔丝制造3D印刷与聚合物衍生的陶瓷集成,SIOC(n)细胞结构具有致密的支柱”。它由Joshua Pearce等人合著。

3D印刷陶瓷结构的细胞生长实验。通过西方大学的形象。
3D印刷陶瓷结构的细胞生长实验。通过西方大学的形象。

3D打印陶瓷的应用非常广泛。来自中国的研究者深圳大学西南物理研究所最近发展了一种增材制造方法释放核反应堆燃料的陶瓷结构.利用锂离子陶瓷和DLP 3D打印技术,该团队已经能够创造出能够自行产生氚的“繁殖毯”,氚是核聚变过程中的重要元素。

在其他地方,陶瓷专家Ceramtec.最近成功地生产了新一代的用于空间实验设施的陶瓷样品容器在国际空间站上。这些容器于今年6月乘坐SpaceX-22号航天飞机开始了前往国际空间站的旅程,它们将被用于精确测量金属、合金和半导体的某些热物理特性,这在地球上是不可能的。

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特色图像显示了3D印刷陶瓷结构的细胞生长实验。通过西方大学的形象。