Производство композита из металлокерамики

Исследователи Института керамических технологий и систем IKTS Fraunhofer разработали установку 3D-печати со струйным оборудованием, которая позволяет объединить различные материалы в одном изделии, например, керамику и металл. Многокомпонентные материалы создаются из порошковых компонентов основе термопластичных связующих масс по технологии Multi Material Jetting (MMJ). Это позволяет создать изделия с уникальными комбинированными свойствами. Область построения 3D принтера составляет 200 × 200 × 180 мм. Одновременно может обрабатываться четыре различных материала.

Технология

Давайте проследим за стадиями процесса. Вначале необходимо тщательное перемешивание для однородного распределения порошкообразных керамических или металлических исходных материалов в термопластичном связующем веществе. Полученная масса помещается в рендер микродозирующей системы (MDS). В них масса разогревается до 100°C, что делает ее текучей и точно дозируемой. Чтобы осуществить точное позиционирование капель, ученые разработали специальное программное обеспечение: системы дозирования по команде с компьютера размещают капли в определенном месте, в результате чего деталь выстраивается точечно. Скорость нанесения составляет 60 мм в секунду, за это время наносится 1000 капель. На 3D принтере можно получить капли размером от 300 до 1000 мкм, соответственно высота нанесенных слоев составляет от 100 до 200 мкм. Завершающая стадия обработки – выжигание связующего материала и одновременно спекание в печи.

Ученый-разработчик из IKTS Уве Шайтхауэр (Uwe Scheithauer) поясняет: «Решающим является индивидуальная дозировка металлических или керамических масс. Эта дозировка гарантирует, что конечный продукт, изготовленный при помощи аддитивных технологий, получит желаемые свойства и функции, такие как прочность, тепло- и электропроводность во время окончательного спекания в печи».

Применение

С помощью принтера, например, изготавливается камера сгорания для спутникового двигателя, в которой создаются сверхвысокие температуры. Одновременная 3D-печать керамикой и металлами позволяет разместить токопроводящие элементы с керамической изоляцией непосредственно в корпусе двигателя.

В бытовом применении становится возможным изготовление, например, по индивидуальному заказу двухцветного сверхпрочного керамического ободка для часов.

Установка найдет широкое применение в промышленности для производства многофункциональных компонентов. Например, можно делать заготовки для сверхпрочных режущих инструментов из карбида вольфрама. Дозирующие системы MDS работают очень точно, поэтому в итоге не требуется постобработка деталей и дорогостоящая длительная шлифовка, что позволяет сократить производственный цикл.

Источник: IKTS Fraunhofer