RU2629072C2 - Method for forming three-dimensional product in microwave electromagnetic field - Google Patents
Method for forming three-dimensional product in microwave electromagnetic field Download PDFInfo
- Publication number
- RU2629072C2 RU2629072C2 RU2015148439A RU2015148439A RU2629072C2 RU 2629072 C2 RU2629072 C2 RU 2629072C2 RU 2015148439 A RU2015148439 A RU 2015148439A RU 2015148439 A RU2015148439 A RU 2015148439A RU 2629072 C2 RU2629072 C2 RU 2629072C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- product
- electromagnetic field
- microwave
- layer
- dimensional
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C67/00—Shaping techniques not covered by groups B29C39/00 - B29C65/00, B29C70/00 or B29C73/00
- B29C67/02—Moulding by agglomerating
- B29C67/04—Sintering
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
- B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
- B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
Abstract
Description
Изобретение относится к аддитивным технологиям изготовления конструкционных элементов сложной геометрической формы, а именно к трехмерной печати из порошкового диэлектрического материала, и может быть использовано в прототипировании, при изготовлении деталей технологических и транспортных машин, в частности - летательных аппаратов, а также изделий медицинского назначения, выполняющих несущие функции, к прочности которых предъявляются повышенные требования.The invention relates to additive technologies for the manufacture of structural elements of complex geometric shapes, namely to three-dimensional printing from powder dielectric material, and can be used in prototyping, in the manufacture of parts of technological and transport machines, in particular, aircraft, as well as medical devices, performing supporting functions, to the strength of which increased demands are made.
Известен способ трехмерной печати изделий из порошкообразных материалов (патент US на изобретение 5340656 от 09.04.1993 г., МПК B22F 7/02), согласно которому осуществляют нанесение слоя порошкообразного материала; нанесение жидкого реагента на слой порошкообразного материала с конфигурацией, соответствующей определенному слою сечения модели; повторение данных операций для образования последовательных слоев с тем, чтобы получить трехмерное изделие; отверждение трехмерного изделия и извлечение (отвержденного) трехмерного изделия.A known method of three-dimensional printing of products from powdered materials (US patent for invention 5340656 dated 04/09/1993, IPC B22F 7/02), according to which a layer of powdered material is applied; applying a liquid reagent to a layer of powdered material with a configuration corresponding to a specific sectional layer of the model; repeating these operations to form successive layers in order to obtain a three-dimensional product; curing a three-dimensional article and recovering a (cured) three-dimensional article.
Недостатками способа являются неоднородность структуры и физико-механических свойств в объеме изделий за счет их различия у основного компонента и связующего и, как следствие, невысокая изгибная прочность сформированных изделий.The disadvantages of the method are the heterogeneity of the structure and physico-mechanical properties in the volume of products due to their differences in the main component and the binder and, as a result, the low bending strength of the formed products.
Известен также способ трехмерной печати огнеупорных изделий (патент RU на изобретение №2535704 от 20.12.2014 г., МПК B22F 7/00, B22F 3/00, В29С 67/00, В32В 18/00), включающий создание 3D-модели изделия, деление модели изделия на слои в поперечном сечении, нанесение слоя порошкообразного материала, нанесение рисунка сечения модели на слой порошкообразного материала жидким связующим, послойное отвердевание порошкообразного материала по 3D-модели до завершения формирования изделия. Порошкообразный материал состоит из смеси дисперсного и зернистого огнеупорного материала, в котором зернистый огнеупорный материал имеет размер зерна более 0,5 мм и составляет от 10 до 60 мас.%. Доля дисперсного огнеупорного материала с размером зерна менее 0,1 мм составляет от 40 до 90 мас.%, который предварительно приготавливают из одного или смеси двух или более огнеупорных компонентов, выбранных из группы, включающей: оксид магния, оксид алюминия, оксид кальция, диоксид кремния, диоксид циркония, оксид хрома, оксид титана, титанат алюминия, магнезиальная шпинель, герцинит, галаксит, шамот, андалузит, циркон, смешивая в смесительных бегунах до получения однородной массы. В качестве жидкого связующего используют растворы солей магния, и/или органическое связующее, и/или гидравлическое вяжущее. Полученное изделие выдерживают при условиях формирования не менее 2 часов с последующей сушкой. В порошкообразный материал или в растворы солей магния вводится пластификатор. После завершения формирования изделие извлекается из 3D-принтера и отправляется на выдержку в течение 2-24 часов, при которой происходит набор прочности изделия. Затем изделие может быть подвергнуто термообработке при температуре не менее 180°С или обжигу с образованием керамических связей при температуре 1600-1900°С.There is also a method of three-dimensional printing of refractory products (RU patent for invention No. 2535704 dated 12/20/2014, IPC B22F 7/00, B22F 3/00, В29С 67/00, В32В 18/00), including creating a 3D model of the product, dividing the product model into layers in the cross section, applying a layer of powder material, drawing a cross-sectional drawing of the model on a layer of powder material with a liquid binder, layer-by-layer solidification of the powder material according to the 3D model until the product is formed. The powdery material consists of a mixture of dispersed and granular refractory material, in which the granular refractory material has a grain size of more than 0.5 mm and ranges from 10 to 60 wt.%. The proportion of dispersed refractory material with a grain size of less than 0.1 mm is from 40 to 90 wt.%, Which is preliminarily prepared from one or a mixture of two or more refractory components selected from the group comprising: magnesium oxide, alumina, calcium oxide, dioxide silicon, zirconia, chromium oxide, titanium oxide, aluminum titanate, magnesia spinel, hercinitis, galaxite, chamotte, andalusite, zircon, mixing in mixing runners until a homogeneous mass is obtained. As a liquid binder, solutions of magnesium salts and / or an organic binder and / or hydraulic binder are used. The resulting product is kept under formation conditions for at least 2 hours, followed by drying. A plasticizer is introduced into the powdered material or into solutions of magnesium salts. After completion of the formation, the product is removed from the 3D printer and sent for exposure for 2-24 hours, at which the product gains strength. Then the product can be subjected to heat treatment at a temperature of at least 180 ° C or firing with the formation of ceramic bonds at a temperature of 1600-1900 ° C.
Недостатками данного способа являются длительный технологический цикл и высокие температуры термообработки, применяемые для упрочнения при использовании ряда материалов, указанных в перечне, что может привести к погрешностям геометрической формы относительно длинномерных изделий или имеющих малую площадь поперечного сечения. Получение высокой изгибной прочности изделий, сформированных данным способом, затруднительно по указанной выше причине возможной потери формы при термообработке, поэтому способ позволяет получать преимущественно конструкционные элементы, работающие на сжатие.The disadvantages of this method are the long technological cycle and high heat treatment temperatures used for hardening when using a number of materials listed in the list, which can lead to geometric errors in relatively long products or having a small cross-sectional area. Obtaining high bending strength of products formed by this method is difficult for the above reason for the possible loss of shape during heat treatment, therefore, the method allows to obtain mainly structural elements operating in compression.
Известен также способ микроволновой обработки гипсового продукта для изготовления моделей (патент RU на изобретение №2263486 от 10.11.2005 г., МПК А61С 13/00), включающий размещение увлажненного гипсового продукта в СВЧ камере и обработку его СВЧ излучением в частотном интервале от 2,2 до 2,6 ГГц. Обработку увлажненного гипсового продукта СВЧ излучением производят в течение 5÷12 мин при мощности СВЧ излучения 80÷100 Вт. Затем увеличивают мощность СВЧ излучения и производят обработку на той же частоте в течение 5÷12 мин при мощности СВЧ излучения 700÷800 Вт.There is also known a method of microwave processing of a gypsum product for the manufacture of models (RU patent on invention No. 2263486 dated 10.11.2005, IPC АС 13/00), comprising placing a moist gypsum product in a microwave chamber and processing it with microwave radiation in a frequency interval of 2, 2 to 2.6 GHz. The moistened gypsum product is treated with microwave radiation for 5–12 min at a microwave power of 80–100 watts. Then increase the power of microwave radiation and produce processing at the same frequency for 5 ÷ 12 min at a microwave power of 700 ÷ 800 watts.
Недостатками способа являются возможность использования только применительно к монолитным изделиям, используемым в ортопедии и стоматологии, а также сложность осуществления при обработке изделий различных размеров и формы, поскольку способ устанавливает подводимую СВЧ мощность, эффект же при СВЧ обработке диэлектрических материалов достигается при определенной для каждого конкретного случая удельной мощности, зависящей от объема изделия.The disadvantages of the method are the ability to use only in relation to monolithic products used in orthopedics and dentistry, as well as the difficulty of implementing the processing of products of various sizes and shapes, since the method sets the supplied microwave power, the effect of the microwave processing of dielectric materials is achieved for a specific case specific power depending on the volume of the product.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ формирования трехмерного изделия (патент RU на изобретение №2417890 от 10.05.2011 г., МПК В29С 67/04, В29С 43/00). Согласно осуществляемому способу трехмерное изделие формируют в виде последовательных слоев в сечении в соответствии с моделью изделия. Способ включает в себя следующие операции: образование слоя порошкообразного материала, нанесение жидкого реагента на слой порошкообразного материала, образованный таким образом, с конфигурацией, соответствующей соответствующему слою сечения модели, повторение данных операций для образования последовательных слоев, чтобы получить трехмерное изделие; возможное отверждение трехмерного изделия, извлечение (отвержденного) трехмерного изделия. При этом модель изделия представляет собой цифровую модель, а по меньшей мере один из слоев порошкообразного материала содержит порошкообразный материал такого типа, который отличается от другого(их) слоя(ев). В качестве связующего может подаваться множество жидких реагентов. В способе использовано средство отверждения изделия, подлежащего формированию, представляющее собой систему на основе электромагнитного излучения, которое содержит ультрафиолетовую лампу или устройство для излучения видимого света или инфракрасного излучения, или СВЧ-устройство. По представленным сведениям способ реализован в основном при использовании для отверждения связующего ультрафиолетового излучения.The closest analogue to the claimed invention is a method of forming a three-dimensional product (RU patent for invention No. 2417890 of 05/10/2011, IPC В29С 67/04, В29С 43/00). According to the method, a three-dimensional product is formed in the form of successive layers in cross section in accordance with the model of the product. The method includes the following operations: forming a layer of powdered material, applying a liquid reagent to a layer of powdered material, formed in such a way with a configuration corresponding to the corresponding sectional layer of the model, repeating these operations to form successive layers to obtain a three-dimensional product; possible curing of a three-dimensional product, extraction of a (cured) three-dimensional product. Moreover, the product model is a digital model, and at least one of the layers of the powdery material contains a powdery material of a type that differs from the other (s) layer (s). A plurality of liquid reagents may be provided as a binder. The method used a means of curing the product to be formed, which is a system based on electromagnetic radiation, which contains an ultraviolet lamp or device for emitting visible light or infrared radiation, or a microwave device. According to the information presented, the method is implemented mainly when using ultraviolet binder for curing.
Недостатками способа являются следующие. Глубина проникновения электромагнитной волны в вещество определяется длиной волны излучения, относительной диэлектрической проницаемостью и тангенсом угла диэлектрических потерь. Этот параметр определяет равномерность воздействия излучения по толщине слоя материала, поскольку под глубиной проникновения понимают расстояние, на котором поглощенная мощность излучения снижается в е раз. Следовательно, чем короче электромагнитная волна (выше частота), тем меньше будет глубина проникновения, и воздействие электромагнитной волны на изделие приведет к неоднородности свойств и, в частности, к снижению прочности материала. Вследствие применения в способе-прототипе ультрафиолетового излучения, имеющего длину волны (10-400) нм и частоту (7,5⋅108-3⋅1010) МГц, даже при его послойном применении неоднородность свойств будет значительной. В то же время послойное отверждение не обеспечивает надежной «сшивки» слоев, что снижает суммарную прочность изделия. Облучение готового изделия по указанной причине малой глубины проникновения не позволит обеспечить равномерного воздействия излучения. Кроме того, в наиболее близком аналоге указано на возможность использования СВЧ-излучения для отверждения получаемого изделия, однако не указаны технологические параметры, его характеризующие.The disadvantages of the method are as follows. The penetration depth of an electromagnetic wave into a substance is determined by the radiation wavelength, relative permittivity and dielectric loss tangent. This parameter determines the uniformity of radiation exposure across the thickness of the material layer, since the penetration depth refers to the distance at which the absorbed radiation power decreases e times. Therefore, the shorter the electromagnetic wave (higher frequency), the smaller the penetration depth will be, and the effect of the electromagnetic wave on the product will lead to heterogeneity of properties and, in particular, to a decrease in the strength of the material. Due to the use in the prototype method of ultraviolet radiation having a wavelength of (10-400) nm and a frequency of (7.5⋅10 8 -3⋅10 10 ) MHz, even with its layer-by-layer application, the heterogeneity of the properties will be significant. At the same time, layered curing does not provide reliable “crosslinking” of the layers, which reduces the total strength of the product. Irradiation of the finished product for the indicated reason of the small penetration depth will not allow for uniform exposure to radiation. In addition, the closest analogue indicates the possibility of using microwave radiation to cure the resulting product, however, the technological parameters characterizing it are not indicated.
Задача настоящего изобретения состоит в создании способа формирования, позволяющего повысить однородность структуры трехмерного изделия при увеличении его изгибной прочности.The objective of the present invention is to provide a method of formation, which allows to increase the uniformity of the structure of a three-dimensional product while increasing its bending strength.
Поставленная задача достигается тем, что в способе формирования трехмерного изделия в СВЧ электромагнитном поле в виде последовательных слоев в сечении в соответствии с цифровой моделью изделия, включающем в себя операции образования слоя порошкообразного материала, нанесение жидкого реагента на слой порошкообразного материала с конфигурацией соответствующего слоя сечения цифровой модели, повторение данных операций для образования последовательных слоев для получения трехмерного изделия, отверждение при помощи электромагнитного излучения трехмерного изделия, извлечение отвержденного трехмерного изделия, для отверждения используют СВЧ электромагнитное поле частотой 950-2450 МГц ± 2,5%, удельной мощностью 25-35 Вт/см3 при времени воздействия, равном 0,8-1,0 минуте.The problem is achieved in that in the method of forming a three-dimensional product in a microwave electromagnetic field in the form of successive layers in cross section in accordance with a digital model of the product, including the operation of forming a layer of powder material, applying a liquid reagent to a layer of powder material with the configuration of the corresponding layer of digital cross-section models, the repetition of these operations to form successive layers to obtain a three-dimensional product, curing using electromagnetic radiation of a three-dimensional product, extraction of the cured three-dimensional product, for curing use a microwave electromagnetic field with a frequency of 950-2450 MHz ± 2.5%, specific power 25-35 W / cm 3 when the exposure time is 0.8-1.0 minutes.
Технический результат заявляемого решения заключается в подборе оптимальных режимов воздействия СВЧ электромагнитного поля на изделие на стадии его отверждения, позволяющих повысить однородность структуры трехмерного изделия, а также увеличить его изгибную прочность.The technical result of the proposed solution is to select the optimal exposure modes of the microwave electromagnetic field on the product at the stage of curing, allowing to increase the uniformity of the structure of the three-dimensional product, as well as increase its bending strength.
Наиболее целесообразным можно считать воздействие СВЧ электромагнитным полем на полностью сформированное изделие вследствие значительной глубины проникновения, составляющей на промышленных частотах (950-2450) МГц 5-20 мм в зависимости от диэлектрических свойств материала. Однако в наиболее близком аналоге не указаны частота и удельная мощность СВЧ электромагнитного поля и время его воздействия, что не позволяет осуществить способ в варианте использования для обработки сформированного трехмерного изделия СВЧ электромагнитного поля.The most appropriate can be considered the impact of a microwave electromagnetic field on a fully formed product due to the significant penetration depth, which is 5-20 mm at industrial frequencies (950-2450) MHz, depending on the dielectric properties of the material. However, the closest analogue does not indicate the frequency and specific power of the microwave electromagnetic field and its exposure time, which does not allow the method in the embodiment to be used for processing the formed three-dimensional article of the microwave electromagnetic field.
Способ осуществляют следующим образом. Способ формования трехмерного изделия из диэлектрического порошкового материала путем введения послойно при помощи 3D-принтера связующего реализуют в технологиях Powder bed and inkjet head 3d printing, Plaster-based 3D printing, 3DP. Технологии реализуют, например, в оборудовании кампании 3D-Systems, печатающая головка которого аналогична печатающей головке струйного 3D-принтера. Затем полученное изделие для отверждения помещают в СВЧ электромагнитное поле с частотой 950-2450 МГц ± 2,5%, удельной мощностью 25-35 Вт/см3 и выдерживают в течение 0,8-1,0 минуты.The method is as follows. A method of forming a three-dimensional product from a dielectric powder material by introducing a binder in layers using a 3D printer is implemented in Powder bed and inkjet head 3d printing, Plaster-based 3D printing, 3DP technologies. Technologies are implemented, for example, in the equipment of the 3D-Systems campaign, the print head of which is similar to the print head of an inkjet 3D printer. Then the obtained product for curing is placed in a microwave electromagnetic field with a frequency of 950-2450 MHz ± 2.5%, specific power 25-35 W / cm 3 and incubated for 0.8-1.0 minutes.
Пример реализации способа. Для осуществления способа использовали 3D-принтер модели ZPrinter450 и СВЧ печь Samsung MW71ER-1 потребляемой мощностью 1150 Вт с магнетроном OM75S(31) с частотой излучения 2450 МГц. Применяли три режима СВЧ мощности: низкий - 100 Вт, средний - 400 Вт и высокий - 800 Вт. Обработку осуществляли в течение 10 и 60 с. Одновременно обрабатывали по 3 образца. Для обеспечения нормальной работы магнетрона и недопущения перегрева образцов в СВЧ камеру помещали балластную емкость с водой объемом 50 мл. В результате обеспечивалась следующая удельная мощность СВЧ воздействия: 4, 15,8 и 30,5 Вт/см3.An example implementation of the method. To implement the method, a 3D printer of the ZPrinter450 model and a Samsung MW71ER-1 microwave oven with a power consumption of 1150 W and an OM75S magnetron (31) with a radiation frequency of 2450 MHz were used. Three microwave power modes were used: low - 100 watts, medium - 400 watts and high - 800 watts. Processing was carried out for 10 and 60 s. 3 samples were simultaneously treated. To ensure the normal operation of the magnetron and to prevent overheating of the samples, a ballast tank with water with a volume of 50 ml was placed in the microwave chamber. As a result, the following specific microwave power was provided: 4, 15.8, and 30.5 W / cm 3 .
В соответствии с технологией Powder bed and inkjet head 3d printing, Plaster-based 3D printing, 3DP из диэлектрического порошка марки Zp130 формировали образцы в виде пластин длиной 80 мм, шириной 8 мм и толщиной 1,4 мм. Применяли дополнительную пропитку для повышения прочности на основе цианокрилата Z-Bond™90.In accordance with Powder bed and inkjet head 3d printing, Plaster-based 3D printing, 3DP technology, Zp130 dielectric powder was used to form samples in the form of plates 80 mm long, 8 mm wide and 1.4 mm thick. Additional impregnation was used to increase the strength based on Z-Bond ™ 90 cyanocrylate.
Были получены следующие образцы:The following samples were obtained:
I - образец без дополнительной пропитки;I - sample without additional impregnation;
II - образец без дополнительной пропитки с СВЧ обработкой;II - sample without additional impregnation with microwave processing;
III - образец с дополнительной пропиткой;III - sample with additional impregnation;
IV - образец с СВЧ обработкой и последующей дополнительной пропиткой;IV - a sample with microwave processing and subsequent additional impregnation;
V - образец с СВЧ обработкой после дополнительной пропитки;V - sample with microwave processing after additional impregnation;
VI - образец с СВЧ обработкой до и после дополнительной пропитки.VI - sample with microwave treatment before and after additional impregnation.
Затем исследовали изгибную прочность полученных образцов, которую оценивали по силе излома образца, определяемой цифровым динамометром с пределами измерений (0-100) Н FMI-S10C1 ALLURIS GmbH & Co. KG в соответствии с руководством по его эксплуатации. На основе полученных результатов расчетным путем определяли по известным из сопротивления материалов зависимостям предельные напряжения изгиба.Then, the bending strength of the obtained samples was examined, which was evaluated by the fracture strength of the sample, determined by a digital dynamometer with measurement limits (0-100) N FMI-S10C1 ALLURIS GmbH & Co. KG in accordance with its operating instructions. Based on the results obtained, the ultimate bending stresses were determined by the calculation method from the dependences known from the material resistance.
На основе экспериментальных данных известными методами математической обработки получены аппроксимирующие функции, расчет по которым позволил получить более подробную картину изменения исследуемого параметра (изгибной прочности) от времени и удельной мощности СВЧ воздействия. Наибольший эффект по упрочнению достигается при максимальной удельной мощности из исследуемого диапазона, максимальном времени. При этом время оказывает большее влияние, чем СВЧ мощность. В этом случае максимальная температура нагрева образцов составила 39°С. Дальнейшее увеличение удельной СВЧ мощности не вызывает заметного повышения прочностных характеристик, но при этом возрастает температура нагрева, что отрицательно сказывается на фазовом составе образца и может привести к его деструкции и короблению (потере формы). Увеличение времени воздействия более 60 с нецелесообразно по причине роста длительности технологического цикла. В соответствии с изложенным, для дальнейших исследований образцов с последующей пропиткой была выбрана максимальная установленная мощность 800 Вт (удельная - 30,5 Вт/см3) и время воздействия 60 с (1 минута).Based on the experimental data, approximate functions are obtained by known methods of mathematical processing, the calculation of which made it possible to obtain a more detailed picture of the change in the studied parameter (bending strength) as a function of time and specific power of the microwave action. The greatest effect on hardening is achieved at the maximum specific power from the studied range, the maximum time. Moreover, time has a greater effect than microwave power. In this case, the maximum heating temperature of the samples was 39 ° C. A further increase in the specific microwave power does not cause a noticeable increase in the strength characteristics, but the heating temperature increases, which negatively affects the phase composition of the sample and can lead to its destruction and warping (loss of shape). An increase in the exposure time of more than 60 s is impractical due to the increase in the duration of the technological cycle. In accordance with the foregoing, for further studies of samples with subsequent impregnation, the maximum installed power of 800 W (specific - 30.5 W / cm 3 ) and exposure time of 60 s (1 minute) were chosen.
Структуру образцов оценивали визуально под микроскопом МБС-6М при 12-кратном увеличении. Образцы фотографировали цифровым фотоаппаратом Canon PowerShot А2500. Полученные изображения транслировали в компьютерный анализатор изображений микроструктур АГПМ-6М, где выполняли их обработку в программе «Metallograph». Оценивали внешний вид, размеры агломератов и пор, разброс размеров указанных элементов структуры.The structure of the samples was evaluated visually under a MBS-6M microscope at 12x magnification. Samples were photographed with a Canon PowerShot A2500 digital camera. The obtained images were transmitted to the AGPM-6M computer microstructure image analyzer, where they were processed using the Metallograph program. The appearance, sizes of agglomerates and pores, and the spread of sizes of the indicated structural elements were evaluated.
На чертеже представлена гистограмма максимальных изгибных напряжений σFmax (МПа), возникающих при разрушении внешней нагрузкой в образцах I-VI, изготовленных в соответствии с описанной выше методикой.The drawing shows a histogram of the maximum bending stresses σ Fmax (MPa) arising from the destruction of the external load in samples I-VI, made in accordance with the method described above.
Обработка сформированных образцов в СВЧ электромагнитном поле частотой 2450 МГц с удельной мощностью 30,5 Вт/см3, с последующей их пропиткой обеспечивает по сравнению с известными способами и существующими технологиями Powder bed and inkjet head 3d printing, Plaster-based 3D printing, 3DP увеличение изгибной прочности в 1,77 раза. Использование СВЧ обработки после пропитки практически не влияет на изгибную прочность или несколько ее снижает за счет возникновения в связующем, имеющем отличающиеся от основного материала (порошка) диэлектрические характеристики, остаточных напряжений, приводящих к микрорастрескиванию. Двухстадийная СВЧ обработка (до и после дополнительной пропитки) дает увеличение изгибной прочности порядка 13%.Processing of the formed samples in a microwave electromagnetic field with a frequency of 2450 MHz with a specific power of 30.5 W / cm 3 , followed by their impregnation provides, in comparison with known methods and existing technologies, Powder bed and inkjet head 3d printing, Plaster-based 3D printing, 3DP increase bending strength of 1.77 times. The use of microwave treatment after impregnation practically does not affect the bending strength or slightly reduces it due to the appearance in the binder, which has dielectric characteristics different from the main material (powder), of residual stresses leading to microcracking. Two-stage microwave treatment (before and after additional impregnation) gives an increase in bending strength of about 13%.
Изучение структуры образцов на их изломе показало, что у образца II размеры промежутков между частицами (пор) снижаются на (9,2-24)%, а у образца III практически не изменяются. При обработке с последовательностью операций для образца IV дополнительно повышается однородность структуры - дисперсия размеров пор снижается на (25-32)%. Применение СВЧ обработки после пропитки сформированных образцов вызывает образование микротрещин в связующем, что, очевидно, является причиной снижения изгибной прочности. Образование микротрешин может быть связано с различными тепло- и электрофизическими характеристиками порошкообразного материала и связующего, приводящими к различному взаимодействию с СВЧ электромагнитным полем и возможному изменению размеров и деформаций отдельных компонентов сформированного композиционного материала.A study of the structure of the samples at their fracture showed that for sample II, the sizes of the gaps between the particles (pores) are reduced by (9.2-24)%, and for sample III they are practically unchanged. When processing with a sequence of operations for sample IV, the homogeneity of the structure increases further - the dispersion of pore sizes decreases by (25-32)%. The use of microwave processing after impregnation of the formed samples causes the formation of microcracks in the binder, which, obviously, is the reason for the decrease in bending strength. The formation of microcracks can be associated with various thermal and electrophysical characteristics of the powdered material and the binder, leading to different interactions with the microwave electromagnetic field and the possible change in size and deformation of the individual components of the formed composite material.
Тем самым выполняется поставленная задача - обеспечивается повышение однородности структуры: снижение разноразмерности (дисперсии) пор и увеличение изгибной прочности изделия путем обработки воздействием СВЧ электромагнитного поля после формирования. Тем самым повышается надежность изделий, получаемых на основе аддитивных технологий формообразования.This completes the task - it provides an increase in the homogeneity of the structure: reducing the pore size (dispersion) and increasing the bending strength of the product by processing it after exposure to the microwave electromagnetic field. This increases the reliability of products obtained on the basis of additive forming technologies.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015148439A RU2629072C2 (en) | 2015-11-10 | 2015-11-10 | Method for forming three-dimensional product in microwave electromagnetic field |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015148439A RU2629072C2 (en) | 2015-11-10 | 2015-11-10 | Method for forming three-dimensional product in microwave electromagnetic field |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015148439A RU2015148439A (en) | 2017-05-16 |
| RU2629072C2 true RU2629072C2 (en) | 2017-08-24 |
Family
ID=58715238
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015148439A RU2629072C2 (en) | 2015-11-10 | 2015-11-10 | Method for forming three-dimensional product in microwave electromagnetic field |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2629072C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019125464A1 (en) * | 2017-12-21 | 2019-06-27 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Emptying vessels in a build device |
| WO2020086061A1 (en) * | 2018-10-23 | 2020-04-30 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Three-dimensional printing |
| WO2022005465A1 (en) * | 2020-07-01 | 2022-01-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Three-dimensional printing kits |
| US11433457B2 (en) | 2018-02-28 | 2022-09-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Creating a breakaway region |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2694462C1 (en) * | 2018-07-05 | 2019-07-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Method of hardening large-size products of complex shape in shf electromagnetic field of reinforced with carbon fiber polymer composite materials |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5340656A (en) * | 1989-12-08 | 1994-08-23 | Massachusetts Institute Of Technology | Three-dimensional printing techniques |
| US20060134419A1 (en) * | 2004-12-21 | 2006-06-22 | Degussa Ag | Use of polyarylene ether ketone powder in a three-dimensional powder-based moldless production process, and moldings produced therefrom |
| RU2379158C2 (en) * | 2005-05-11 | 2010-01-20 | Аркам Аб | Method of powder plating |
| RU2417890C2 (en) * | 2005-09-20 | 2011-05-10 | Птс Софтвэар Бв | Device to producing 3d article and method of producing said article |
| RU2446047C2 (en) * | 2006-05-26 | 2012-03-27 | Пера Инновейшн Лимитед | Method and device for production of moulded products |
| RU2449891C2 (en) * | 2008-05-21 | 2012-05-10 | Эос Гмбх Электро Оптикал Системз | Method and device for layer fabrication of three-dimensional structure from powder material |
| RU2487141C2 (en) * | 2007-04-05 | 2013-07-10 | Эос Гмбх Электро Оптикал Системз | Peak powder, in particular for use in method for layer-wise manufacturing of three-dimensional object, as well as method for production thereof |
-
2015
- 2015-11-10 RU RU2015148439A patent/RU2629072C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5340656A (en) * | 1989-12-08 | 1994-08-23 | Massachusetts Institute Of Technology | Three-dimensional printing techniques |
| US20060134419A1 (en) * | 2004-12-21 | 2006-06-22 | Degussa Ag | Use of polyarylene ether ketone powder in a three-dimensional powder-based moldless production process, and moldings produced therefrom |
| RU2379158C2 (en) * | 2005-05-11 | 2010-01-20 | Аркам Аб | Method of powder plating |
| RU2417890C2 (en) * | 2005-09-20 | 2011-05-10 | Птс Софтвэар Бв | Device to producing 3d article and method of producing said article |
| RU2446047C2 (en) * | 2006-05-26 | 2012-03-27 | Пера Инновейшн Лимитед | Method and device for production of moulded products |
| RU2487141C2 (en) * | 2007-04-05 | 2013-07-10 | Эос Гмбх Электро Оптикал Системз | Peak powder, in particular for use in method for layer-wise manufacturing of three-dimensional object, as well as method for production thereof |
| RU2449891C2 (en) * | 2008-05-21 | 2012-05-10 | Эос Гмбх Электро Оптикал Системз | Method and device for layer fabrication of three-dimensional structure from powder material |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019125464A1 (en) * | 2017-12-21 | 2019-06-27 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Emptying vessels in a build device |
| US11433457B2 (en) | 2018-02-28 | 2022-09-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Creating a breakaway region |
| US11498130B2 (en) | 2018-02-28 | 2022-11-15 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Three-dimensional printing |
| WO2020086061A1 (en) * | 2018-10-23 | 2020-04-30 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Three-dimensional printing |
| WO2022005465A1 (en) * | 2020-07-01 | 2022-01-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Three-dimensional printing kits |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015148439A (en) | 2017-05-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2629072C2 (en) | Method for forming three-dimensional product in microwave electromagnetic field | |
| Ding et al. | Stereolithography‐based additive manufacturing of gray‐colored SiC ceramic green body | |
| Wu et al. | Research into the mechanical properties, sintering mechanism and microstructure evolution of Al2O3-ZrO2 composites fabricated by a stereolithography-based 3D printing method | |
| Zhang et al. | Effects of fine grains and sintering additives on stereolithography additive manufactured Al2O3 ceramic | |
| Sotov et al. | LCD-SLA 3D printing of BaTiO3 piezoelectric ceramics | |
| Isakov et al. | 3D printed anisotropic dielectric composite with meta-material features | |
| CN107586136B (en) | 3D printing method of silicon nitride ceramic | |
| Liu et al. | Indirect selective laser sintering of epoxy resin-Al2O3 ceramic powders combined with cold isostatic pressing | |
| Centea et al. | Measuring the impregnation of an out-of-autoclave prepreg by micro-CT | |
| Mamatha et al. | 3D printing of complex shaped alumina parts | |
| Schwentenwein et al. | Lithography-based ceramic manufacturing: A novel technique for additive manufacturing of high-performance ceramics | |
| Miyanaji et al. | Optimal process parameters for 3D printing of porcelain structures | |
| Biswas et al. | 3D extrusion printing of magnesium aluminate spinel ceramic parts using thermally induced gelation of methyl cellulose | |
| Cohen et al. | Polycrystalline transparent magnesium aluminate spinel processed by a combination of spark plasma sintering (SPS) and hot isostatic pressing (HIP) | |
| Rabinskiy et al. | Binder jetting of Si3N4 ceramics with different porosity | |
| Chen et al. | Fabrication of complicated silicon carbide ceramic components using combined 3D printing with gelcasting | |
| Sudiana et al. | Effect of initial green samples on mechanical properties of alumina ceramic | |
| Oropeza et al. | Reactive binder jet additive manufacturing for microstructural control and dimensional stability of ceramic materials | |
| Liu et al. | Effect of solid loading on the property of Al2O3 ceramics in stereolithographic additive manufacturing | |
| Han et al. | The enhanced ZrO2 produced by DLP via a reliable plasticizer and its dental application | |
| Li et al. | Additive manufacturing of zirconia parts with organic sacrificial supports | |
| Francis et al. | Effect of chemical and heat treatment on 3D printed parts: nanoparticles embedment approach | |
| Kong et al. | Method for preparing biomimetic ceramic structures with high strength and high toughness | |
| Saidin et al. | Development of wood-based composites material for 3D printing process | |
| JP2007223137A (en) | Casting mold to be heated by microwave and manufacturing method for ceramic sintered compact |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201111 |