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《Additive Manufacturing》:分散剂浓度对提高还原光聚合3D打印陶瓷打印精度和表面质量的影响

《Additive Manufacturing》:分散剂浓度对提高还原光聚合3D打印陶瓷打印精度和表面质量的影响

  • 分类:资讯中心
  • 发布时间:2024-01-17 11:52
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【概要描述】本研究对PZT陶瓷悬浮液的配方进行了优化,实现了DLP打印,提高了印刷质量。特别研究了分散剂浓度对陶瓷悬浮液的流变行为、分散行为和固化行为的影响。首先,用FTIR光谱法评价了分散剂对颗粒表面的吸附程度。通过流变学分析和分散学分析的结果,验证了不同分散剂浓度所形成的颗粒表面界面结构的差异。两种分析结果与分散剂在颗粒表面的吸附程度的结果一致。含有最佳分散剂浓度的陶瓷悬浮液粘度最低,剪切稀释行为最强,沉降速率最慢,分散稳定性最高。通过对DLP打印陶瓷元件的光聚合动力学、表面粗糙度、固化深度和固化宽度等结果,研究了陶瓷悬浮液的固化性能。含有最佳分散剂浓度(2wt%)的陶瓷悬浮液具有最高的转化率和光聚合率。

《Additive Manufacturing》:分散剂浓度对提高还原光聚合3D打印陶瓷打印精度和表面质量的影响

【概要描述】本研究对PZT陶瓷悬浮液的配方进行了优化,实现了DLP打印,提高了印刷质量。特别研究了分散剂浓度对陶瓷悬浮液的流变行为、分散行为和固化行为的影响。首先,用FTIR光谱法评价了分散剂对颗粒表面的吸附程度。通过流变学分析和分散学分析的结果,验证了不同分散剂浓度所形成的颗粒表面界面结构的差异。两种分析结果与分散剂在颗粒表面的吸附程度的结果一致。含有最佳分散剂浓度的陶瓷悬浮液粘度最低,剪切稀释行为最强,沉降速率最慢,分散稳定性最高。通过对DLP打印陶瓷元件的光聚合动力学、表面粗糙度、固化深度和固化宽度等结果,研究了陶瓷悬浮液的固化性能。含有最佳分散剂浓度(2wt%)的陶瓷悬浮液具有最高的转化率和光聚合率。

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韩国科学技术院机械工程系研究人员在《Additive Manufacturing》上发表题为Influence of dispersant concentration toward enhancing printing precision and surface quality of vat photopolymerization 3D printed ceramics的研究论文,报道了不同分散剂浓度对还原光聚合3D打印陶瓷打印精度和表面质量的影响。

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102659

 

 

  研究简介  

 

本研究的主要目的是通过基于数字光处理(DLP)的还原光聚合方法,为具有高表面质量的高精度PZT陶瓷组件开发最佳分散剂浓度。在这里,制备了由PZT陶瓷(80wt%)、光引发剂(1wt%)、分散剂(1、2、3wt%)和单体(18、17、16wt%)组成的陶瓷悬浮液配方,以表征分散剂浓度对流变性能和陶瓷悬浮液的分散稳定性以及固化性能和DLP印刷陶瓷组件表面质量的影响。有趣的是,FTIR光谱确定的最佳分散剂浓度(2wt%)可产生最低的粘度,最低的沉降速率和最高的分散稳定性,这被认为是DLP印刷工艺所需的。此外,与非最佳分散剂浓度相比,2wt%的分散剂不仅使印刷精度提高了43%,而且表面质量提高了56%。这项工作提出了一种新的观点,即分散剂浓度影响流变性能以及印刷结果,如印刷精度和表面质量,这可能有助于以还原光聚合为基础的陶瓷3D打印技术的发展。

 

 

图1 (a)致密微观组织中含高固体负载的陶瓷悬浮液的制备示意图。(b)含不同分散剂浓度的陶瓷悬浮液和通过DLP打印固化的结果组分的表征。

 

 

 

图2 (a)陶瓷(PZT)粉末的扫描电镜图像。(b)PZT粉末的粒径分布(PSD)。

 

 

 

图3 纯陶瓷颗粒(PZT)和分散剂(BYK)的FTIR光谱分析。(b和c)三种陶瓷悬浮液配方(S80/1、S80/2和S80/3)的FTIR光谱分析。

 

 

 

图4 不同分散剂浓度的陶瓷悬浮液的固化行为。在参考光强下,配方(S-80/1、S-80/2和S-80/3)的光聚合的(a)光量热法放热、(b)转换谱和光聚合速率

 

 

 研究结论 

 

本研究对PZT陶瓷悬浮液的配方进行了优化,实现了DLP打印,提高了印刷质量。特别研究了分散剂浓度对陶瓷悬浮液的流变行为、分散行为和固化行为的影响。首先,用FTIR光谱法评价了分散剂对颗粒表面的吸附程度。通过流变学分析和分散学分析的结果,验证了不同分散剂浓度所形成的颗粒表面界面结构的差异。两种分析结果与分散剂在颗粒表面的吸附程度的结果一致。含有最佳分散剂浓度的陶瓷悬浮液粘度最低,剪切稀释行为最强,沉降速率最慢,分散稳定性最高。通过对DLP打印陶瓷元件的光聚合动力学、表面粗糙度、固化深度和固化宽度等结果,研究了陶瓷悬浮液的固化性能。含有最佳分散剂浓度(2wt%)的陶瓷悬浮液具有最高的转化率和光聚合率。

光固化陶瓷悬浮液中分散剂浓度的优化过程不仅是基于实验分析,而且是基于理论基础。本研究之前已经确定了以最佳分散剂浓度提高陶瓷悬浮液的流变学性能。然而,目前对优化分散剂浓度提高印刷质量的机制缺乏研究。据我们所知,本研究首次为证明PZT陶瓷DLP技术中分散剂(BYK-142)浓度与打印质量之间的强相关性提供了理论基础。因此,通过本文提供的理论参考,本研究的结果为制备高精度、高表面质量的致密PZT组件提供了基础。

——END——

 

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