بنية زركونيا منحنية بمسام نافذة

تجمع الزركونيا (ZrO₂) بين القوة العالية والمتانة العالية ومقاومة التآكل، وهي نقطة جذب بحثية في مجال السيراميك الإنشائي والسيراميك الوظيفي. ومع ذلك، يكاد يكون من المستحيل استخدام عمليات القولبة التقليدية للهياكل المسامية المنحنية ثلاثية الأبعاد - حيث لا يمكن للحشو التحكم بدقة في اتجاه القنوات، وتكون الجدران الرقيقة المُشكَّلة آليًا عرضة للتشقق، ولا يمكن معالجة القنوات الداخلية. يتم تشكيل الطباعة ثلاثية الأبعاد للسيراميك DLP عن طريق معالجة الضوء طبقة تلو الأخرى، وهو بالضبط ما يتطلبه الأمر للتغلب على مثل هذه الهياكل الصعبة.

تركز هذه الحالة على نوع من عينة الزركونيا التي يصعب طباعتها للغاية: سطح منحني ثلاثي الأبعاد متصل ببنية مسامية.

عينات الزركونيا المسامية

يوضح الشكل مجموعة من عينات مكعبات الزركونيا المسامية ذات تدرجات مختلفة الحجم. يحتوي سطح كل وحدة على طوبولوجيا سطحية منحنية مستمرة مع اتصال جميع الثقوب من خلالها. تتم طباعة مواصفات متعددة تتراوح من مستويات المليمتر إلى السنتيمتر في وقت واحد ضمن نفس الدفعة.

وتكتسي صعوبة طباعة هذه الهياكل أهمية كبيرة في عملية السيراميات الخاصة بالمشروع لعدد من الأسباب:

نشر الطين والتنظيف. سيشكل السطح المنحني ثلاثي الأبعاد عددًا كبيرًا من المقاطع الدقيقة المعزولة على كل طبقة من الشرائح، مما يتطلب من الملاط أن يغطي طوبولوجيا السطح المعالج للطبقة المعالجة بالتساوي في كل مرة يتم وضعها. إذا كان الملاط ذو لزوجة عالية وسيولة غير كافية، فإن الملاط الموجود في الأخاديد المنحنية والمقاطع المعزولة سوف ينتشر بشكل غير متساو، مما يؤدي إلى عيوب نقص المواد. بعد الانتهاء من الطباعة، يجب تنظيف الملاط المتبقي غير المعالج تمامًا من مئات المسام المتصلة - كلما كانت المسام أصغر وكلما كان المسار أطول، زادت صعوبة التنظيف، وسوف يتسبب الملاط المتبقي في سد الثقب أو بقايا الكربون في إزالة الشحوم اللاحقة.

التحكم في معالجة الجدران الرقيقة. سمك جدار السطح المنحني رقيق للغاية. إذا كان عمق اختراق الأشعة فوق البنفسجية أكبر قليلاً، فسوف يتسبب ذلك في الإفراط في المعالجة، وتصلب المناطق التي لا ينبغي علاجها، وسد المسام. إذا كانت طاقة الإشعاع غير كافية، فإن قوة الترابط بين الطبقات ستكون غير كافية، وسوف ينكسر الجدار الرقيق أثناء إزالة الشحوم أو التلبيد. مطلوب توازن دقيق في معلمات التعرض.

خطر تكسير المقشود مرتفع. ويعني السطح المنحني ذو الجدران الرقيقة أن الغازات الناتجة عن تحلل المواد العضوية لها قنوات هروب طويلة وضغط داخلي مرتفع. كلما كان الجدار أرق وأكثر انحناءً، كلما زاد تركيز الضغط المحلي. إذا تم تسخين منحنى إزالة الشحوم بسرعة كبيرة جدًا، فسوف يتشقق أولاً عند نقطة تحول السطح المنحني - وهذا النوع من التشقق لن يكون مرئيًا بالعين المجردة أثناء مرحلة الطباعة، وسيتم كشفه بعد التلبد.

انكماش التلبيد غير المتكافئ. المواصفات الكبيرة والصغيرة تتعايش في نفس الدفعة. الأجزاء كبيرة الحجم والأجزاء الصغيرة الحجم لها معدلات تبديد حرارة مختلفة وإيقاعات انكماش مختلفة. عند التلبيد في نفس الفرن، من السهل أن تتقلص الأجزاء الكبيرة في مكانها وأن تتعرض الأجزاء الصغيرة للحرق الزائد، أو أن تكون الأجزاء الصغيرة كثيفة والأجزاء الكبيرة أقل من النار.

انطلاقا من التأثير الفعلي للعينة:

أولاً، الاستمرارية الهيكلية جيدة - يكون الانتقال بين الجدران الرقيقة المنحنية سلسًا، ولا توجد علامات واضحة للكسر أو التصفيح، مما يشير إلى أنه يتم التحكم بشكل جيد في انتشار الملاط والترابط بين الطبقات. ثانيًا: يتم ربط جميع قنوات المسام - ويمكن رؤية ثقوب منتظمة على سطح كل وحدة، وتتكون شبكة مفتوحة بين الفتحات، مما يعني أن عملية التنظيف فعالة ولا يوجد انسداد بعد إزالة الشحوم. والثالث هو التعايش بين أحجام متعددة - حيث يتم الحفاظ على السلامة الهيكلية من أصغر المواصفات إلى أكبرها، مما يشير إلى أن نافذة العملية تتمتع بقدرة جيدة على التكيف مع المقاييس المختلفة.

بعد تصنيع الزركونيا في هذا الهيكل المسامي المتصل، مع الحفاظ على مقاومة التآكل الجوهرية للمادة والاستقرار الكيميائي، فإنه يقدم مساحة سطح محددة عالية وخصائص استجابة ميكانيكية يمكن التحكم فيها. هذا النوع من الهياكل له قيمة بحثية في التحفيز، والترشيح، والسقالات البيولوجية، وما إلى ذلك. وتتمثل ميزة الطباعة ثلاثية الأبعاد للسيراميك DLP في أنه يمكن للباحثين تكرار المسامية المختلفة وحجم المسام والتكوينات الطوبولوجية بسرعة، واستخدام نفس المعدات للتحقق من افتراضات التصميم المختلفة، وهو أمر يصعب تحقيقه باستخدام العمليات التقليدية.

تمت طباعة العينة على طابعة KUNWU الخزفية ثلاثية الأبعاد. يحتوي الجهاز على حزمة معلمات معالجة المواد المضمنة، والتي يمكنها استدعاء معلمات طباعة الزركونيا مباشرة دون تصحيح الأخطاء من الصفر.

سلسلة طابعات KUNWU السيراميكية ثلاثية الأبعاد