I ricercatori preparano materiali compositi di polimero di carburo di silicio per la stampa 3D SLS
Il carburo di silicio, o SiC, ha molte potenzialità per l’uso in applicazioni industriali, come l’ingegneria aeronautica e aerospaziale, l’industria automobilistica e l’industria dei macchinari, grazie alle sue eccellenti proprietà fisiche e chimiche. Tuttavia, a causa degli elevati costi di produzione associati alla produzione di stampi, alla lavorazione e ai processi di sinterizzazione ad alta temperatura e pressione, questo uso industriale è piuttosto limitato.
La stampa 3D selettiva per la sinterizzazione laser (SLS) potrebbe essere utilizzata per ridurre questi costi e un team collaborativo di ricercatori cinesi dell’Università della Scienza e della Tecnologia del Sud , della Southeast University e dell’Istituto di tecnologia di Harbin ha recentemente pubblicato un documento intitolato ” Sviluppo di SiC / PVB Composite Powders per la sinterizzazione selettiva del laser Produzione additiva di SiC “, che spiega come hanno preparato i compositi polimerici SiC con una buona dispersibilità e fluidità, utilizzando un metodo di fresatura a sfere, per la stampa 3D SLS. Combinando più materiali in un materiale composito, i componenti completati possono beneficiare dei rispettivi punti di forza di ciascun materiale.
L’abstract recita: “I granuli compositi polimero / sferoidale / spettrofotometrici con buona scorrevolezza per la produzione additiva / stampa 3D di SiC sono stati preparati mediante macinazione a sfera con modifica della superficie mediante polivinilbutirrale (PVB). Il PVB aderisce alla superficie delle particelle di SiC per formare una struttura reticolare reticolata e le mantiene combinate tra loro in aggregati leggeri. Gli effetti del PVB sulla forma, dimensione, composizione della fase, distribuzione e scorrevolezza della polvere composita polimero-ceramica sono stati studiati in dettaglio. I risultati mostrano che il materiale in polvere composito ha una buona assorbanza del laser a lunghezze d’onda inferiori a 500 nm. ”
Esistono due approcci alla produzione di parti in ceramica che utilizzano la tecnologia SLS: diretta e indiretta. Per questo studio, i ricercatori hanno creato i loro materiali compositi in polvere, usando polivinilbutirrale (PVB) come legante per indagare il suo effetto sulla modificazione superficiale delle polveri, per il trattamento indiretto di SLS.
“Per il trattamento SLS indiretto, i polimeri vengono utilizzati per una fase di legante sacrificale”, hanno spiegato i ricercatori. “Esistono tre fasi per SLS indiretta: (a) Il primo passo è selezionare una fase ceramica e polimerica adatta per preparare polveri composite ceramiche / polimeriche come materiali di partenza per SLS indiretto; (b) il secondo passo consiste nell’utilizzare un laser per fondere la fase organica nella polvere composita ceramica / polimerica, e quindi le particelle ceramiche saranno unite dal legante e le parti verdi saranno preparate; (c) il passaggio finale per SLS indiretti è quello di rimuovere il legante e sinterizzare la parte verde per aumentare la sua densità e forza. ”
Poiché molte polveri ceramiche commerciali hanno una morfologia irregolare e una scarsa fluidità, non sono ideali per la stampa 3D. Quindi il passaggio più importante del trattamento indiretto SLS è la produzione effettiva degli agglomerati di polvere composita ceramica-polimerica.
Il team ha combinato PVB, polivinilpirrolidone (PVP) e polvere di SiC commerciale con alcool anidro, quindi ha macinato a 120 giri / minuto la miscela per 12 ore. Le polveri risultanti sono state setacciate attraverso uno schermo da 120 mesh, prima che un Concept Laser M2fosse utilizzato per completare i test preliminari di diffusione e formatura del composito.
È stata studiata l’assorbanza del laser della polvere composita e la microscopia elettronica a scansione (SEM) è stata utilizzata per esaminare la morfologia e la microstruttura delle particelle granulate, mentre la diffrazione dei raggi X ha identificato la composizione di fase delle polveri composte, la diffrazione laser misurava le dimensioni degli agglomerati, inoltre è stata testata l’analisi UV-Vis dei materiali.
I ricercatori hanno preparato con successo i granuli compositi di SiC / polimero subsphaeroidal, completi di buona fluidità, per la stampa 3D SLS e aggiunto il legante PVB per includere la modifica della superficie. Hanno studiato gli effetti del PVB sulle distribuzioni, la fluidità, le forme e le dimensioni degli agglomerati di polvere composita polimero-ceramica e hanno determinato alcune importanti informazioni.Innanzitutto, il PVB aggiunto ha un valore ottimale (~ 3% in peso) ei granuli di SiC modificati con questo materiale hanno mostrato buone prestazioni di spargimento e scorrevolezza. Inoltre, quando la lunghezza d’onda è inferiore a 500 nm, la polvere composita ha una buona capacità di assorbimento del laser, il che suggerisce che l’utilizzo della stampa 3D SLS per fabbricare il materiale potrebbe funzionare con sistemi di lunghezza d’onda corrispondente.
“I risultati mostrano che l’aggiunta del legante polimerico migliora le caratteristiche di distribuzione delle dimensioni e la fluidità delle particelle granulate entro un determinato intervallo”, hanno concluso i ricercatori. “Tuttavia, quando il contenuto di PVB aumenta ad un valore più alto (ad esempio, più del 7% in peso), una maggiore aggiunta di PVB non avrà molta influenza sulla densità apparente, densità del rubinetto, indice di Carr o rapporto Hausner.”
I coautori del giornale sono Peng Zhou, Huilin Qi , Zhenye Zhu , Huang Qin , Hui Li , Chenglin Chu e Ming Yan.