Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Obtaining dense fine ceramics by the binder jetting additive manufacturing process is challenging. A slurry-based binder jetting process, such as the layerwise slurry deposition (LSD-print) process, can enable the printing of dense ceramic parts. This work describes a procedure to develop and qualify a suitable ink to manufacture silicon carbide green parts by LSD-print. Not only the printability but also the compatibility of the ink with the powder bed and the effect of the binding agent on the properties of the green parts are considered. Both aspects are important to obtain high green strength, which is necessary for printing large or thin-walled parts. Characterization methods, such as rheological and surface tension measurements, are applied to optimize three selected inks. The interplay between ink and powder bed is tested by contact angle measurements and by comparing the biaxial strength of cast and additively manufactured specimens.
Out of the three binding agents tested, a polyethyleneimine and a phenolic resin have a high potential for their use in the LSD-print of silicon carbide green bodies, whereas a polyacrylate binding agent did not show the required properties.
Ziel des Projektes war es, schwermetallfreie Schmelzfarben für den Einsatz auf einem Digitaldrucker zu entwickeln. Dafür sollten die Glasfarben, bei Temperaturen unter 630°C verarbeitbar und deren Eigenschaften kompatibel mit denen von Floatgläsern sein. Zudem sollte die aufgeschmolzene Farbe transparent und im Außenbereich eingesetzt beständig sein. Weiterhin mussten die Farben eine Partikelkorngröße kleiner als 20µm besitzen, um die Druckköpfe des Digitaldruckers nicht zu verstopfen. Gute Dispergierbarkeit, thixotropes Verhalten und eine schnelle Trocknung waren weitere Voraussetzungen. Die Ersetzung von PbO durch ZnO und Bi2O3 wurde getestet und zeigte positive Ergebnisse. Ein geeigneter Mahl-und Dispergierprozess wurde entwickelt. Bei der Firma „glas&räume“ wurden die Musterfarben getestet und zeigten ein gutes Druckverhalten. Bedingt durch das Tintenstrahlverfahren erreicht der Farbauftrag keine 100%ige Transparenz. Trotzdem erscheint die transparente keramische Schmelzfarbe im Vergleich zur Verwendung von opaker Schmelzfarbe tatsächlich völlig transparent. Der Unterschied ist signifikant und öffnet so ein neues Kapitel im keramischen Digitaldruck.
Purpose – This paper aims to present an additive manufacturing-based approach in which a new strategy for a thermally activated local melting and material flow, which results in densification of printed structures, is introduced.
Design/methodology/approach – For enabling this self-organized relaxation of printed objects by the viscous flow of material, two interconnected structures are printed simultaneously in one printing process, namely, Structure A actually representing the three dimensional object to be built and Structure B acting as a material reservoir for infiltrating Structure A. In an additional process step, subsequent to the printing job, an increase in the objects’ temperature results in the melting of the material reservoir B and infiltration of structure A.
Findings – A thermally activated local melting of the polymethylsilsesquioxane results in densification of the printed structures and the local formation of structures with minimum surface area.
Originality/value – The present work introduces an approach for the local relaxation of printed three-dimensional structures by the viscous flow of the printed material, without the loss of structural integrity of the structure itself. This approach is not restricted only to the materials used, but also offers a more general strategy for printing dense structures with a surface finish far beyond the volumetric resolution of the 3D printing process.