Seramik ve Seramik Kompozitler
Seramik malzemeler genel olarak metal oksitler, karbürler ve nitrürler ve bunların kombinasyonlarından oluşan bileşikler olarak tanımlanır. Alüminyum oksit ve titanyum oksit dahil olmak üzere ticari olarak çeşitli seramik malzemeler mevcuttur. Ticari makineler, 2013 yılında 3D Systems tarafından satın alınan Fransa’daki bir şirket tarafından geliştirildi. 3D Systems ayrıca metal-seramik kompozitler olan sermetler sunduğunu söylüyor.
Araştırmalarda seramik ve metal-seramik kompozitler gösterilmiştir. Tipik olarak seramik çökeltiler, sinterleme işlemi sırasında meydana gelen reaksiyonlar yoluyla oluşur. Bir örnek, alüminyumun bir nitrojen atmosferinde işlenmesidir; bu, boyunca serpiştirilmiş küçük AlN bölgeleriyle bir alüminyum matris oluşturur. Bu işleme kimyasal olarak indüklenen sinterleme denir ve sonraki bölümde daha ayrıntılı olarak açıklanır.
Belirli uygulamalar için biyouyumlu malzemeler geliştirilmiştir. Örneğin, insan kemiğine çok benzer bir malzeme olan kalsiyum hidroksiapatit, tıbbi uygulamalar için pLS kullanılarak işlenmiştir.
Toz Füzyon Mekanizmaları
LS’nin piyasaya sürülmesinden bu yana, her yeni PBF teknoloji geliştiricisi, en popüler olan “sinterleme” ve “eritme” varyantları ile füzyonun meydana geldiği mekanizmayı açıklamak için rakip terminolojiyi tanıttı. Bununla birlikte, toz füzyon mekanizmasını tarif etmek için tek bir kelimenin kullanılması, çoklu mekanizmalar mümkün olduğundan doğası gereği sorunludur.
PBF işlemlerinde mevcut olan dört farklı füzyon mekanizması vardır. Bunlar arasında katı hal sinterleme, kimyasal olarak indüklenen bağlama, sıvı faz sinterleme (LPS) ve tam erime yer alır. Çoğu ticari işlemde öncelikle LPS ve eritme kullanılır. Bu mekanizmaların her birinin kısa bir açıklaması ve bunların AM ile ilgisi aşağıdadır.
Katı Hal Sinterleme
Isıl işlemin bir sonucu olarak toz füzyonunu tanımlamak için sinterleme kelimesinin kullanılması, AM’nin ortaya çıkışından önce gelir. Sinterleme, klasik anlamda, toz parçacıklarının yüksek sıcaklıklarda erimeden (yani “katı hallerinde”) füzyonunu ifade eder.
Bu, mutlak erime sıcaklığının yarısı ile erime sıcaklığı arasındaki sıcaklıklarda meydana gelir. Katı hal sinterleme için itici güç, toz parçacıklarının toplam serbest enerjisinin (Es) minimizasyonudur. Sinterleme mekanizması öncelikle toz partikülleri arasındaki difüzyondur.
Yüzey enerjisi Es, Es 1⁄4 γs SA denklemiyle toplam parçacık yüzey alanı SA ile orantılıdır (burada γs, belirli bir malzeme, atmosfer ve sıcaklık için birim alan başına yüzey enerjisidir). Parçacıklar yüksek sıcaklıklarda birleştiğinde, toplam yüzey alanı azalır ve böylece yüzey enerjisi azalır.
Toz yatağının toplam yüzey alanı azaldıkça sinterleme hızı yavaşlar. Çok düşük gözeneklilik seviyeleri elde etmek için uzun sinterleme süreleri veya yüksek sinterleme sıcaklıkları gereklidir. Sıcak izostatik preslemede olduğu gibi dış basıncın kullanılması sinterleme oranını arttırır.
Bir toz yatağındaki toplam yüzey alanı, parçacık boyutunun bir fonksiyonu olduğundan, sinterleme için itici güç, bir dizi parçacık için yüzey alanı/hacim oranı ile doğrudan ilişkilidir. Yüzey alanı/hacim oranı ne kadar büyük olursa, serbest enerji itici gücü de o kadar büyük olur.
Bu nedenle, daha küçük parçacıklar, daraltma ve konsolidasyon için daha büyük bir itici kuvvete maruz kalır ve bu nedenle, daha küçük parçacıklar daha hızlı sinterlenir ve daha büyük parçacıklara göre daha düşük sıcaklıkta sinterlemeyi başlatır.
Difüzyon hızları sıcaklıkla katlanarak arttığından, sıcaklıklar Arrhenius denkleminin bir biçimi kullanılarak modellenebilen erime sıcaklığına yaklaştıkça sinterleme giderek daha hızlı hale gelir. Bununla birlikte, erime sıcaklığına yaklaşan sıcaklıklarda bile, difüzyon kaynaklı katı hal sinterleme, bir PBF işlemi içinde toz bölgelerinin seçici olarak kaynaştırılması için en yavaş mekanizmadır.
AM için, bir katmanı oluşturmak için geçen süre ne kadar kısaysa, süreç ekonomik olarak o kadar rekabetçi hale gelir. Bu nedenle, füzyonu indükleyen ısı kaynağı, inşa oranlarını artırmak için hızla hareket etmeli ve/veya füzyonu hızlı bir şekilde indüklemelidir.
Sinterleme yoluyla füzyon için gereken süre tipik olarak eriterek füzyondan çok daha uzun olduğundan, çok az AM işlemi sinterlemeyi birincil füzyon mekanizması olarak kullanır. Bununla birlikte, sinterleme, birincil füzyon mekanizması olmasa bile çoğu termal toz işleminde hala önemlidir.
Metal tozları sıklıkla hangi boyut aralıklarında kullanılır
Cam Füzyon Boyası
Toz metalurjisi Ders Notları
Toz metalurjisi yöntemleri
FÜZYON boyası
Toz metalurjisi DENEYİ
Toz üretim yöntemleri pdf
Toz metalurjisi Nedir
Sinterlemenin bir yapıyı etkilemesinin üç ikincil yolu vardır.
1. İnşa platformu içindeki gevşek toz yüksek bir sıcaklıkta tutulursa, toz yatağı parçacıkları birbirine sinterleşmeye başlar. Toz parçacıklarının topaklaşması, tozun her geri dönüştürülmesinde ortalama parçacık boyutunun artması anlamına geldiğinden, bu tipik olarak olumsuz bir etki olarak kabul edilir.
Bu, her geri dönüştürüldüğünde tozun yayılma ve erime özelliklerini değiştirir. Bununla birlikte, gevşek toz sinterlemenin bir olumlu etkisi, toz yatağının bir dereceye kadar çekme ve basınç dayanımı kazanması ve böylece parça kıvrılmasını en aza indirmeye yardımcı olmasıdır.
2. Yapı platformunda bir parça oluşturulurken, istenen enine kesit geometrisinin termal olarak indüklenen kaynaşması, toz yatağının o bölgesinin çevredeki gevşek tozdan çok daha sıcak olmasına neden olur.
Erime, baskın füzyon mekanizmasıysa (tipik olarak olduğu gibi), o zaman yeni oluşturulmuş parça kesiti oldukça sıcak olacaktır. Sonuç olarak, erimiş bölgeyi hemen çevreleyen gevşek toz yatağı, oluşan parçadan gelen iletim nedeniyle önemli ölçüde ısınır.
Bu toz bölgesi, inşa edilen parçanın boyutuna, işlemdeki ısıtıcı ve sıcaklık ayarlarına ve toz yatağının termal iletkenliğine bağlı olarak uzun süre (birkaç saat) yüksek bir sıcaklıkta kalabilir. Böylece, inşa edilen parçanın hemen yanındaki tozun katı hal sinterlemesinden dolayı hem kendisine hem de parçaya önemli ölçüde kaynaşması için yeterli zaman ve enerji vardır.
Bu, orijinal olarak taranan parçanın, toz yatağı yüksek bir sıcaklıkta tutuldukça artan kalınlıkta bir “deri” oluşturduğu “parça büyümesi” ile sonuçlanır. Bu fenomen, bir parçanın kenarına kaynaşmış erimiş olmayan parçacıklar olarak görülebilir.
Birçok malzeme için, parça üzerinde oluşturulan kaplama, başlangıçta taranan bölgenin yakınında yüksek yoğunluklu, düşük gözeneklilikten, parçadan daha uzakta daha düşük yoğunluğa, daha yüksek gözenekliliğe doğru gider. Bu parça büyümesi, parça büyümesini telafi etmek için lazer ışınını dengeleyerek veya STL modelinin yüzeyini dengeleyerek yapı planlama aşamasında telafi edilebilir. Ayrıca farklı post-processing yöntemleri de bu skini farklı derecelerde kaldıracaktır.
Bu nedenle, nihai parçanın boyutsal tekrarlanabilirliği, büyük ölçüde bu parça büyümesinin etkili bir şekilde telafi edilmesine ve kontrol edilmesine bağlıdır. Bu nedenle, her parça için aynı miktarda derinin çıkarılması için tekrarlanabilir son işlemenin gerçekleştirilmesi oldukça önemlidir.
3. Bir toz yatağının bir lazer veya başka bir ısı kaynağı kullanılarak hızlı bir şekilde füzyonu, %100 yoğun, gözeneksiz parçaların elde edilmesini zorlaştırır. Bu nedenle, PBF teknikleri (özellikle polimerler için) kullanılarak üretilen birçok parçanın bir özelliği, parça boyunca dağıtılmış gözenekliliktir. Bu genellikle amaçlanan parça özelliklerine zarar verir.
Bununla birlikte, parça taramadan sonra yüksek bir sıcaklıkta tutulursa, diğer yüksek sıcaklık olayları (metallerde tane büyümesi gibi) ile birlikte katı hal sinterleme, parçadaki % gözenekliliğin azalmasına neden olur. Ek katmanlar eklenirken alt katmanlar yüksek bir sıcaklıkta tutulduğu için, bu, bir parçanın alt bölgelerinin bir parçanın üst bölgelerinden daha yoğun olmasına neden olabilir.
Bu eşit olmayan gözeneklilik, parça yatağı sıcaklığı, soğutma hızı ve diğer parametrelerin dikkatli bir şekilde kontrol edilmesiyle bir dereceye kadar kontrol edilebilir. EBM, özellikle, yüksek sıcaklıkta katı hal sinterlemenin ve tane büyümesinin olumlu yönlerinden, inşa edilen metal parçaları, difüzyon ve tane büyümesinin inşa edilmekte olan parçaların %100 yoğunluk içermesidir.
