مهندسی متالورژی

مهندسی متالورژی

امکان‌سنجی استفاده از روش چاپ سه‌بعدی اکستروژنی برای ساخت زیرپایه متخلخل از رس (کائولن)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه سرامیک دانشکده مهندسی متالورژی و مواد دانشگاه علم و صنعت ایران
2 دانشگاه علم و صنعت ایران
چکیده
در دهه‌های اخیر، فناوری ساخت افزایشی یا چاپ سه بعدی مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. این روش ساخت، امکان تولید مستقیم قطعه از طرح مورد نظر، ساخت قطعات پیچیده که امکان تولید آن‌ها با روش‌های ساخت متداول عملا ناممکن بود و کاهش مصرف مواد اولیه را میسر کرده است . ساخت افزایشی به روشی مناسب برای ساخت قطعات چه در زمینه های آکادمیک و چه در حوزه‌های صنعتی تبدیل شده است. در این پژوهش، هدف، ساخت زیرپایه متخلخل کائولنی به منظور رسیدن به نسبت ایده آل از آب به رس است. با در نظر گرفتن درصد آب و ماده اولیه و چاپ آن ها به روش اکستروژن، درصد ایده آل آب و ماده اولیه به عنوان سیستم بهینه که قابل چاپ شدن با دستگاه باشد معادل 40% آب و 60% ماده اولیه است. مقایسه نتایج XRD نشان داد فاز کائولینیت پس از حرارت‌دهی به متاکائون تبدیل شد و نتایج SEM و طیف EDS به ترتیب ریزساختار کائولینیت و متاکائولن و عناصر تشکیل دهنده آن را نشان داد. همچنین با استفاده از روش ارشمیدس چگالی نمونه‌ها با ساختار سه‌بعدی پس عملیات حرارتی اندازه‌گیری شد که برای نمونه‌های پخت شده در دماهای 1100، 1000، 900 و 1200 به ترتیب 2/2، 9/2، 4/2 و 49/2 می‌باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Feasibility of using 3D extrusion printing method to make porous clay (kaolin) substrate.

نویسندگان English

Hajar Ghanbari 1
amir ghaffari 2
niaz bafte 2
niusha sadeghi 2
1 School of Metallurgy and Materials Engineering
2 iran university of science and technology
چکیده English

In recent decades, additive manufacturing technology or 3D printing has attracted the attention of many researchers. This manufacturing method has made it possible to directly fabricate parts of the desired design, to manufacture complex parts that were practically impossible to produce with conventional manufacturing methods, and to reduce the consumption of raw materials. Additive manufacturing has become a suitable method for manufacturing parts in both academic and industrial fields. In this research, the goal is to construct a porous kaolin substrate in order to achieve an ideal ratio of water to clay. Considering the percentage of water and raw material and printing by extrusion method, the optimum percentage is equivalent to 40% water and 60% raw material. Comparing the XRD results showed that the kaolinite phase changed to metakaolin after heating, and the scanning electron microscopy and energy-dispersive spectroscopy results showed the microstructure of kaolinite and metakaolin and its constituent elements, respectively. Also, using the Archimedes method, the density of the samples with three-dimensional structure after heat treatment was measured, which was 2.2, 2.9, 2.4, and 2.49 g/cm3 for the samples heat-treated at temperatures of 1100, 1000, 900, and 1200, respectively.

کلیدواژه‌ها English

Additive manufacturing technology
porous substrate
3D extrusion printing
kaolinite

13

[1] R. Galante, C. G. Figueiredo-Pina, and A. P. Serro, “Additive manufacturing of ceramics for dental applications: A review,” Dent. Mater., vol. 35, no. 6, pp. 825–846, 2019.
[2] I. Rodrigues et al., “Development of free binder zirconia-based pastes for the production of dental pieces by robocasting,” J. Manuf. Process., vol. 57, no. March, pp. 1–9, 2020.
[3] Bikas, H., P. Stavropoulos, and G. Chryssolouris, Additive manufacturing methods and modelling approaches: a critical review. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2016. 83(1): p. 389-405.
[4] C. Silbernagel, “Additive Manufacturing 101-4: What is material jetting?,” Canada Makers, 2018.
[5] Zhang, D., et al., A 3D-printing method of fabrication for metals, ceramics, and multi-materials using a universal self-curable technique for robocasting. Materials Horizons, 2020. 7.
[6] El Moumen, A., M. Tarfaoui, and K. Lafdi, Modelling of the temperature and residual stress fields during 3D printing of polymer composites. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2019. 104(5- 8): p. 1661-1676.
[7] Feilden, E., et al., Robocasting of Structural Ceramic Parts with Hydrogel Inks. Journal of The European Ceramic Society, 2016. 36: p. 2525-2533.
[8] Saggiomo, V., 3D Printed Devices for Catalytic Systems. 2020. p. 369-408.
[9] A. M. T. Syed, P. K. Elias, B. Amit, B. Susmita, O. Lisa, & C. Charitidis, “Additive manufacturing: scientific and technological challenges, market uptake and opportunities,” Materials today, Vol. 1, pp. 1-16, 2017.
[10] J. A. Lewis, J. E. Smay, J. Stuecker, and J. Cesarano, “Direct ink writing of three-dimensional ceramic structures,” J. Am. Ceram. Soc., vol. 89, no. 12, pp. 3599–3609, 2006.
[11] Balani, S.B., et al., Processes and materials used for direct writing technologies: A review. Results in Engineering, 2021. 11: p. 100257.

  • تاریخ دریافت 07 شهریور 1402
  • تاریخ بازنگری 03 مهر 1404
  • تاریخ پذیرش 30 خرداد 1403