Artykuły naukowe

Streszczenie

O ile technologie druku 3D dla tworzyw sztucznych i metali są powszechnie stosowane, o tyle w przemyśle ceramicznym metody te są ciągle udoskonalane, tak aby móc je stosować komercyjnie. Ze względu na szereg proponowanych rozwiązań, przyrostowe techniki formowania uznawane są za potencjalnie najlepsze w otrzymywaniu elementów ceramicznych o skomplikowanych kształtach. W porównaniu z konwencjonalnymi procesami obróbki skrawanej, metody te są konkurencyjne w szczególności w przypadku formowania wyrobów jednostkowo lub małoseryjnie, charakteryzujących się unikalnymi kształtami i rozmiarami. W niektórych metodach druku 3D wykorzystywana jest reakcja fotopolimeryzacji rodnikowej jako mechanizm utwardzania pojedynczej, wydrukowanej warstwy. W tego typu technikach istotnym etapem jest opracowanie składu i przygotowanie stabilnej w czasie, homogenicznej, fotoutwardzalnej dyspersji ceramicznej. Masy te są zazwyczaj układami organicznymi i do ich przygotowania konieczne jest stosowanie często szkodliwych dla środowiska związków organicznych. W pracy sprawdzono możliwość zastosowania wodnych, fotoutwardzalnych dyspersji ceramicznych w formowaniu elementów ceramicznych o skomplikowanym kształcie z tlenku glinu za pomocą metody cyfrowego przetwarzania światła (DLP). Wyniki badań wykazały, że opracowane masy ceramiczne charakteryzują się odpowiednimi właściwościami reologicznymi (lepkość przy szybkości ścinania 10 s^-1 nie przekracza 0,5 Pa·s) i dużymi głębokościami sieciowania (ok 0,8 mm), dzięki czemu mogą być stosowane w technikach druku 3D, takich jak SLA (stereolitografia) czy DLP.

Sowa kluczowe: fotopolimeryzacja, druk 3D, cyfrowe przetwarzanie światła, fotoutwardzalne dyspersje

Summary

Photopolymerization in additive manufacturing of ceramics

While 3D printing technologies for plastics and metals are widely used, in the ceramic industry these methods are constantly being improved so that they can be used commercially. Due to the number of proposed solutions, additive manufacturing techniques are considered potentially the best in obtaining ceramic elements with complex shapes. Compared to conventional subtractive fabrication processes, these methods are competitive, in particular in the case of forming single or low-volume products characterized by unique shapes and sizes. Some 3D printing methods use a radical photopolymerization reaction as a mechanism for curing a single printed layer. In this type of techniques, an important step is to develop the composition and prepare a time-stable, homogeneous, photocurable ceramic dispersion. These slurries are usually organic systems and it is necessary to use organic compounds, often harmful to the environment. In this work, the possibility of using aqueous, photocurable ceramic dispersions in the fabrication of complex shaped ceramics from alumina using the digital light processing (DLP) method was examined. The results showed that the developed ceramic slurries are characterized by appropriate rheological properties (viscosity at a shear rate of 10 s^-1 does not exceed 0.5 Pa·s) and large cure depths (ca. 0.8 mm), thus they can be used in 3D printing, such as SLA (stereolithography) or DLP.

Keywords: photopolymerization, 3D printing, digital light processing, photocurable dispersion