Tækniháskólinn í Harbin sló í gegn í þrívíddarprentunartækni fyrir demant

Kjarnaútdráttur: Nýlega lagði prófessor Zhu Jiaqi við Tækniháskólann í Harbin fram aðferð til að stilla nákvæmni mettun fósturvísisins við framleiðslu á bindiefnisúðaaukefni sem byggist á hröðu lækningaferlinu á staðnum.

Heimild: Efnisfræði og verkfræði

Nýlega lagði prófessor Zhu Jiaqi við tækniháskólann í Harbin fram aðferð til að stilla nákvæmni mettun fósturvísisins í framleiðslu bindiefnisúðaaukefna sem byggir á hröðu lækningaferlinu á staðnum. Samkvæmt þessari aðferð er hægt að ná fram myndun fósturvísa með mikilli nákvæmni/mettun og styrkja innra samband milli styrks bindiefnisins sjálfs og styrks fósturvísis að mestu leyti, sem hefur mikla þýðingu fyrir grunnrannsóknir á myndunargæði á sviði límaukefnaframleiðslu.

Viðeigandi afrek voru birt á Additive Manufacturing, alþjóðlegu topptímariti um aukefnisframleiðslu, undir heitinu Að yfirstíga skarpskyggnina – spara viðskipti með bindiþotuaukefnisframleiðslu með hraðri klippingu á staðnum.

Paper hlekkur: https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103157

Rannsóknarbakgrunnur

Demant/málm fylki samsett efni eru talin næstu kynslóð varmastjórnunarefna vegna mikillar varmaleiðni og lítillar varmaþenslu og hafa mikla notkunarmöguleika. Hins vegar, vegna mikillar hörku demants, er engin góð eftirmeðferðaraðferð eins og slípun og fægja eins og er, þannig að nánast nettómyndunarferli demantar / málmfylkissamsetninga er í brennidepli núverandi rannsókna. Þar á meðal hefur þrívíddarprentunartækni demanta/málms fylkissamsetninga vakið mikla athygli.

Binder Jetting (BJ) er þrívíddarprentunartækni sem á við um ýmis efni. Við vinnsluna er bindiefnið sett á duftbeðið til að framleiða fósturvísa með flókinni þrívíddarbyggingu. Samspil bindiefnis og dufts hefur áhrif á eðliseiginleika viðkomandi fasta-vökvakerfis og svitahola uppbyggingu duftbeðsins, sem gerir það erfitt að lýsa nákvæmlega öllu prentunarferlinu með einföldu eðlislíkani. Vegna PSTO er óumflýjanleg mótsögn á milli stærðarnákvæmni og styrks fósturvísa sem BJ framleiðir. Styrkur fósturvísislíkamans eykst með aukningu á virkri mettun, en aukning í gegnum fjarlægð hefur skaðleg áhrif á stærðarnákvæmni hans. Til að sigrast á PSTO, einbeita vísindamenn sér oft að hagræðingu vinnsluþátta (eins og duftkornastærð, lagþykkt eða þurrkunarskilyrði). Þrátt fyrir að vísindamenn hafi lagt mikið á sig á þessu sviði, hefur vandamál PSTO ekki verið leyst vel.

Mynd 1 Skýringarmynd af innspýtingarreglu bindiefnis

rannsóknarinnihald

Í þessari rannsókn, til þess að sigrast á PSTO, þróaði rannsóknarteymið hraðherðingu á staðnum (hröð lækning líma við prentun) framleiðslutækni fyrir límúðaaukefni sem byggir á sjálfþróuðu akrýllími. Notkun á hreinu kopardufti sem prentefni hefur lagt grunn að rannsóknum á aukefnaframleiðslu á demant/kopar samsettum efnum.

Mynd 2 Frammistöðueinkenni hraðherðandi akrýllíms

(a) TGA og DSC ferill bindiefnis, (b) DSC ferill bindiefnis, (c) FTIR bindiefnis án TBPB hitað við mismunandi hitastig, (d) FTIR af 2wt prósent TBPB bindiefni hitað við mismunandi hitastig

Mynd 3 sýnir sambandið á milli gegnumstreymisfjarlægðar og blekspraututíma. Í sýnunum sem eru ekki hert á staðnum (límið er ekki hert á meðan á prentunarferlinu stendur) veltur skarpskyggnifjarlægðin aðallega á magni staks bleksprautuprentara, sem eykst lítillega með aukningu á magni bleksprautuprentara. Þvert á móti, í in situ storknuðu sýnunum jókst skarpskyggnifjarlægðin verulega með aukningu á magni bleksprautuprentara.

Mynd 3 Samband milli gegndræpis fjarlægðar, mettunar og inndælingartíma

(a) Ekki á staðnum herðing, (b) in-situ herding

Undir hálfgerðu á staðnum hersluskilyrði (hefðbundið ferli við að herða límið með innrauða lampa) er skarpskyggnifjarlægðin aðallega tengd heildarmagni eins lags líms og skarpskyggnifjarlægðin eykst með aukningu á magni límsins sem úðað er. Þar sem mettunin sem tengist hverju lagi skarast í marglaga prentuðu sýninu, er mettun marglaga prentaðs sýnis meiri en eins lags prentaðs sýnis. Í samanburði við prentunaraðferð sem er ekki á staðnum, hefur hálf in-situ ráðhús með sömu mettun lægri skarpskyggni fjarlægð, sem sýnir að hálf in-situ ráðhús getur dregið úr skarpskyggni fjarlægð að vissu marki og sigrast á PSTO. Byggt á ofangreindri greiningu voru skarpskyggnilíkön límefna undir mismunandi ferlum komið á fót.

Mynd 4 Stofnun íferðarferlislíkans undir mismunandi ferlum

(a) Ekki á staðnum herðing, (b) hálf in-situ herðing, (c) in-situ ráðhús

Sambandið á milli íferðarfjarlægðar og mettunar er sýnt á mynd 5. Undir ástandi þar sem ekki er herð á staðnum fer inndælingarfjarlægðin aðallega eftir magni inndælingar á einu bindiefni og mettunin eykst með fjölda inndælinga á bindiefni; Við ákveðna mettun er gegnumstreymisfjarlægðin á sýnishorninu sem er storknað á staðnum sú lægsta, sem sigrar PSTO sem hefðbundinn BJ kemur með.

Mynd 5 Tengsl milli gegndræpis fjarlægðar og mettunar

Samantekt og horfur

Í þessari rannsókn þróaði rannsóknarteymið metakrýlat límkerfi með hitauppstreymi og hraðri lækningu, sem sannaði að lækningaskilyrði á staðnum geta bætt nákvæmni og styrk prentunar fósturvísa. Einlags- og fjöllaga prentunartilraunir voru gerðar til að ákvarða prenteiginleika bindiefnisduftkerfisins við mismunandi prentunar- og herðunaraðstæður, sem skapa grundvöll fyrir að draga úr eðlisfræðilegum líkönum prentunar á staðnum, hálf-in-situ og in-situ aðstæður. . Jafnframt var rætt um tengsl mettunar og gegnumbrotsfjarlægðar sem tengjast mismunandi þurrkunarskilyrðum. Þessi rannsókn veitir viðmiðun fyrir frekari þróun á lími og prenttækni á staðnum (UV eða hitavirkt) límið.

Umbreyting og beiting

Ef teknar eru demantur/kopar samsett efni sem dæmi, kopar og málmblöndur hans hafa framúrskarandi hitaleiðni (350W/m · K) og framúrskarandi beygjuburðargetu og eru mikið notaðar í afkastamikil hitastjórnunarefni. Demantur er efnið með hæstu hitaleiðni í náttúrunni og hitaleiðni hans getur náð 2000W/m · K. Þess vegna er uppbygging/varmaleiðni samþætt efni með demant/kopar samsettu efni þar sem kerfið hefur framúrskarandi vélræna eiginleika, en hefur einnig hár varmaleiðni meira en 700 W/m · K og minna en 10 × Lágur varmaþenslustuðullinn 10-6 er hugsanlega efnið til að leysa hitaleiðni vandamál rafeindatækja. Í framtíðinni er notkun demantar/kopar samsettra efna ekki takmörkuð við grunnformin eins og kringlóttan sexhyrning og eftirspurnin eftir misleitum demanta/málmblönduðu samsetningum eykst. Hins vegar er demantarefnið mjög hart og vinnslukostnaðurinn er meira en 65 prósent af heildarkostnaði efnisins, sem gerir hefðbundna heitpressun og aðrar aðferðir árangurslausar. Þessi tækni veitir góða hugmynd fyrir hánákvæma aukefnaframleiðslu á demant/kopar og öðrum demanta/málm fylki samsettum efnum, og dælir nýjum orku inn í aukefnaframleiðslurannsóknir á demant/kopar efnum. Það hefur mikla notkunarmöguleika í ratsjá, nýjum orkutækjum, rafmagnstækjum, 3C rafeindatækni og öðrum burðarvirkum hitaleiðni samþættum háhitaflæðisviðum.

Rannsóknarstofan þróaði sjálfstætt röð af demantur/málmi fylkissamsetningum, þar á meðal en ekki takmarkað við demantur/kopar, demantur/títan, demantur/wolfram, demantur/nikkel osfrv., og þróaði samsvarandi framleiðsluferli fyrir lotu. Byggt á örbyggingu efna í örskala er hitaflutningslíkan komið á fót. Ásamt eftirlíkingu á karbíð kristal vaxtarferli og útreikningi á tengi hitauppstreymi viðnám kristal uppbyggingu líkan, þróun og hagræðingu útreiknings meginreglu samsettur tengi hita flytja er lokið. Upprunalega stýranlega demanturmálmunarferlið veitir tryggingu fyrir margþættri hagræðingu á hitaleiðni demantar/málmfylkis samsettra efna.

Mynd 6 Demant/koparduft vörur þróaðar sjálfstætt af rannsóknarstofunni

Byggt á rannsóknum og þróun á demantur/málm fylkisduftefnum og hagræðingu á aukefnaframleiðsluferli, þróaði rannsóknarstofan demantur/málm samsett efni táknað með áli og kopar, sem er hentugur fyrir mótun misleitra hluta. Varmaleiðni er allt að 700W/m · K, og varmaþenslustuðullinn er Minna en eða jafn 10 × 10-6, með styrkleika 220MPa, hefur mikla notkunarmöguleika á sviði varmastjórnunar. Með hagræðingu á fjölskala varmaleiðnibyggingu er hitastjórnunarskilvirkni demantar/kopar samsettra efna bætt, flöskuháls lítillar heildarvarmaleiðni samsettra efna er rofinn og hönnun og framleiðsla flókinna og skilvirkra varmastjórnunarmannvirkja er að veruleika, sem mjög stækkar notkunarmöguleika demanta/málm fylkis samsettra efna og bætir verkfræðilega möguleika þeirra.

Mynd 7 Aukaframleiðsluvörur

(a) Vörur úr demantakoparprentunarröð, (b) vörur úr demanta-/álprentunarröð, (c) vörur úr keramikefnisprentunarröð