Abstract3D जेल प्रिंटिंग (3DGP) एक नई निर्माण तकनीक है जो धातु के घोल को परत दर परत जमा करके और गेलिंग करके 3D घटकों का निर्माण करती है। इस प्रकार, एक हाइड्रोक्सीएथाइल मेथैक्रिलेट (HEMA) आधारित घोल जिसमें 47-56 vol% WC-20Co की ठोस लोडिंग होती है, को सीधे 3DGP द्वारा बनाया गया था और फिर एक वैक्यूम ओवन में sintered किया गया था। WC-20Co slurries उपयुक्त प्रवाह और कतरनी पतला व्यवहार प्रदर्शित करता है, जो 3DGP बनाने की प्रक्रिया के लिए फायदेमंद है। सतह खुरदरापन और मुद्रण रिक्त स्थान की आयामी सटीकता पर 3DGP प्रसंस्करण मापदंडों (जैसे मुद्रण आंतरिक व्यास और भरने की दर) के प्रभावों का अध्ययन किया गया। WC-20Co घोल के रियोलॉजिकल गुणों, सिंटरिंग घनत्व, सिंटरिंग घनत्व और यांत्रिक गुणों पर ठोस लोडिंग के प्रभावों का अध्ययन किया गया। परिणाम बताते हैं कि नमूने को उचित सटीकता और समान सूक्ष्म संरचना के साथ अच्छे आकार के साथ मुद्रित किया जा सकता है। Sintered नमूनों में अच्छी आकृति प्रतिधारण और एक समान सूक्ष्म संरचना होती है। सबसे अच्छा नमूना घनत्व, कठोरता और अनुप्रस्थ टूटना ताकत क्रमशः 13.55 ग्राम / सेमी 3, एचआरए 87.7 और 2612.8 एमपीए थी। जटिल आकार के WC-20Co तत्वों के निकट-शुद्ध आकार देने में 3DGP के अद्वितीय लाभ हैं। 1. परिचय WC-Co सीमेंटेड कार्बाइड में निरंतर Co मैट्रिक्स में एम्बेडेड हार्ड WC कण होते हैं और यह सबसे महत्वपूर्ण धातु मैट्रिक्स कंपोजिट में से एक है। वे अब व्यापक रूप से ड्रिलिंग और काटने के उपकरण के रूप में उपयोग किए जाते हैं, मुद्रांकन मर जाते हैं, भागों और अन्य विशेष भागों पहनते हैं। WC कणों की अघुलनशीलता के कारण, सीमेंटेड कार्बाइड आमतौर पर पाउडर धातु विज्ञान (PM) प्रक्रिया का उपयोग करके उत्पादित किए जाते हैं जिसमें WC-Co पाउडर कॉम्पेक्ट का तरल चरण सिंटरिंग होता है। उत्पाद की आकार जटिलता डाई संरचना द्वारा गंभीर रूप से सीमित है। इसके अलावा, WC-Co हार्डमेटल्स की उच्च कठोरता और ताकत-क्रूरता गुणों के कारण, WC-Co हार्डमेटल्स को संसाधित करना मुश्किल है। जटिल आकार के कार्बाइड भागों को तैयार करने के लिए पारंपरिक तरीकों का उपयोग एक बड़ी चुनौती है। हाल के वर्षों में, निकट-शुद्ध आकृतियों और जटिल भागों के निर्माण के लिए उपयुक्त योगात्मक निर्माण (एएम) तकनीक विकसित की गई है और कई धातु सामग्री के उत्पादन के लिए लागू की गई है जैसे कि स्टेनलेस स्टील, टाइटेनियम, टाइटेनियम मिश्र और एल्यूमीनियम मिश्र धातु (एसएलएम) के रूप में। डायरेक्ट मेटल लेजर सिंटरिंग (डीएमएलएस), इलेक्ट्रॉन बीम मेल्टिंग (ईबीएम), आदि विशिष्ट और मुख्यधारा की प्रौद्योगिकियां हैं। लेजर इंजीनियरिंग नेटवर्क फॉर्मिंग (LENS) जटिल आकार और लगभग पूरी तरह से घने भागों का उत्पादन कर सकता है। इन एएम प्रक्रियाओं में, धातु पाउडर को लेजर/इलेक्ट्रॉन बीम परत द्वारा परत-दर-परत तब तक चुना जाता है जब तक कि भागों का निर्माण नहीं हो जाता। हालांकि, WC-Co हार्डमेटल्स के योगात्मक निर्माण पर कुछ अध्ययन हैं। सबसे पहले, WC-Co सीमेंटेड कार्बाइड में WC कण और एक Co मैट्रिक्स सामग्री होती है, और दो सामग्रियों के गलनांक बहुत भिन्न होते हैं। जब WC-Co पाउडर को Co के गलनांक तक गर्म किया जाता है, तो WC कण ठोस अवस्था में रहते हैं; पाउडर को और गर्म किया जाता है और Co वाष्पित होने लगता है। आंशिक पिघलने से उत्पाद का घनत्व कम हो जाएगा। इस समस्या को हल करने के लिए, कुछ शोधकर्ताओं ने कुछ बाइंडरों को जोड़ने की कोशिश की, जैसे कि कम गलनांक वाली धातुएँ। गु एट अल। Cu पाउडर और WC-10Co पाउडर को 60:40 के वजन अनुपात में मिलाया गया था, और 50 मिमी × 10 मिमी × 9 मिमी के नमूने DMLS का उपयोग करके निर्मित किए गए थे। Cu की मात्रा अधिक होने के कारण इस नमूने का आपेक्षिक घनत्व 94.3% तक पहुंच गया। दूसरा, इन पाउडर बेड फ्यूजन प्रौद्योगिकियों में उपयोग किए जाने वाले पाउडर के लिए कुछ आवश्यकताएं हैं। एसएलएम और ईबीएम प्रक्रियाओं में, धातु पाउडर रोलर्स के माध्यम से फैलता है, जबकि डीएमएलएस और लेंस आमतौर पर एक सिंक्रोनस पाउडर फीडिंग सिस्टम से लैस होते हैं। एक समान और पतली पाउडर परत प्राप्त करने के लिए, दोनों प्रकार के पाउडर फ़ीड के लिए अच्छे पाउडर और अच्छी प्रवाह क्षमता वाले गोलाकार पाउडर की आवश्यकता होती है। व्यावसायिक रूप से अनियमित आकार का WC-Co पाउडर इन आवश्यकताओं को पूरा नहीं करता है। इसके अलावा, लेजर/इलेक्ट्रॉन बीम हीटिंग और कूलिंग (यानी, सिंटरिंग प्रक्रिया) बहुत तेज है। केवल कुछ WC कण तरल चरण में घुल सकते हैं। अधूरा सिंटरिंग उत्पाद के प्रदर्शन को कम कर सकता है। अंत में, उपरोक्त तकनीकों के लिए उच्च वैक्यूम या अक्रिय गैस सुरक्षा प्रणालियों की आवश्यकता होती है, जो महंगी होती हैं और इसमें कोबाल्ट का डीकार्बराइजेशन और वाष्पीकरण शामिल होता है। भालू एट अल। पाया गया कि LENS प्रक्रिया के दौरान हुई कार्बन हानि की भरपाई के लिए पाउडर फीडस्टॉक में पर्याप्त मुक्त कार्बन नहीं था। यद्यपि उपरोक्त तकनीक कई जटिल भागों का उत्पादन कर सकती हैं, वे WC-Co हार्डमेटल्स के उत्पादन के लिए उपयुक्त नहीं हो सकते हैं। WC-Co हार्डमेटल्स के उत्पादन में पारंपरिक तरीकों की सीमाओं और उपर्युक्त AM तकनीक की समस्याओं को हल करने के लिए, 3D जेल प्रिंटिंग (3DGP) नामक एक नई AM प्रक्रिया प्रस्तावित की गई थी। 3DGP फ्यूज्ड डिपोजिशन मॉडल (FDM) के साथ जेल इंजेक्शन मोल्डिंग को जोड़ती है और इसमें 3D मॉडल को 3D सॉलिड में बदलने की क्षमता होती है। चित्र 1(a) हमारे डिज़ाइन किए गए 3DGP डिवाइस को दिखाता है। चित्रा 1 (बी) डिवाइस के एक्सट्रूज़न और डिपोजिशन सिस्टम का एक विस्तृत दृश्य दिखाता है। सबसे पहले, डिज़ाइन किए गए 3D मॉडल को 2D स्लाइस की एक श्रृंखला में काटा जाता है। कार्बनिक मोनोमर समाधान में पाउडर घोल को तब "स्याही" के रूप में उपयोग किया जाता है और संपीड़ित हवा के विशिष्ट दबाव के तहत 3 डी जीपी उपकरण के स्क्रू एक्सट्रूडर को अवगत कराया जाता है। उसी समय, सर्जक और उत्प्रेरक को समान स्क्रू एक्सट्रूडर के अनुपात में वितरित किया जाता है। सामग्रियों को अच्छी तरह मिश्रित किया जाता है और एक नोजल के माध्यम से बाहर निकाला जाता है और फिर एक प्रिंटिंग प्लेटफॉर्म पर जमा किया जाता है। थोड़े समय के बाद, कार्बनिक मोनोमर्स को क्रॉसलिंक किया जाता है और ठोस पाउडर को त्रि-आयामी क्रॉसलिंक्ड पॉलिमर द्वारा रखा जाता है। इस तरह, घोल को परत दर परत चुनिंदा रूप से जमा किया जाता है, जो 3डी मॉडल के प्रत्येक पूर्व-निर्मित 2डी स्लाइस के अनुरूप होता है। अंत में, एक त्रि-आयामी संरचना हरा शरीर प्राप्त होता है। प्रिंटिंग प्रक्रिया के दौरान हरे रंग के पतन से बचने के लिए, प्रिंटिंग प्लेटफॉर्म स्थिर रहता है, और 3DGP डिवाइस का प्रिंट हेड X, Y और Z अक्षों के साथ आगे बढ़ सकता है, जो पारंपरिक FDM डिवाइस से अलग है। पारंपरिक एफडीएम उपकरणों के समान, नए उपकरण में लचीली मोल्डिंग, सरल संरचना और सटीक नियंत्रण के फायदे हैं। सुखाने के बाद, हरे शरीर को निर्वात या वायुमंडलीय भट्टी में degreased और sintered किया जाता है। 3DGP का चित्र 1 योजनाबद्ध: (a) 3D जेल-प्रिंटिंग उपकरण, (b) एक्सट्रूज़न और डिपोजिशन सिस्टम का बढ़ा हुआ दृश्य, (c) स्लरी फिलामेंट्स और (डी) सेरिसिन फिलामेंट्स का जमाव। जेल कास्टिंग का उपयोग विभिन्न धातु सामग्री और सिरेमिक, जैसे WC-8 wt%Co, 17-4PH स्टेनलेस स्टील, उच्च तापमान मिश्र धातु, Al2O3, Si3N4, SiC और इसी तरह के उत्पादन के लिए किया गया है। यह साबित करता है कि कार्बनिक मोनोमर समाधान में विभिन्न प्रकार के सामग्री पाउडर को सख्ती से फैलाया और निलंबित किया जा सकता है, जिसका अर्थ है कि 3DGP में धातु, धातु मिश्र धातु, धातु मैट्रिक्स कंपोजिट और सिरेमिक सहित कई सामग्री बनाने की काफी संभावनाएं हैं। जटिल कार्बाइड भागों की वर्तमान मांग लगातार बढ़ रही है। WC-20Co एक विशिष्ट सीमेंटेड कार्बाइड है। इस अध्ययन में, WC-20Co घोल का उपयोग प्रिंट करने योग्य स्याही के रूप में किया गया था, और WC-20Co घटक के योगात्मक निर्माण का अध्ययन 3DGP द्वारा किया गया था। इसका उद्देश्य WC-20Co मिश्रित भागों के उच्च घनत्व, उच्च यांत्रिक गुणों का निर्माण करना है, और WC-Co हार्ड मिश्र धातु भागों के निकट शुद्ध आकार देने में 3DGP की व्यवहार्यता और व्यावहारिकता का अध्ययन करना है। तैयारी 2.1. WC-20Co घोल की तैयारी 2.7 माइक्रोन के औसत कण व्यास वाले वाणिज्यिक डब्ल्यूसी पाउडर और 46.5 माइक्रोन के औसत कण व्यास वाले सह पाउडर का उपयोग इस काम में किया गया था। आंकड़े 2 (ए) और (बी) क्रमशः डब्ल्यूसी पाउडर और सह पाउडर की उपस्थिति दिखाते हैं। इन कच्चे माल को 80:20 के WC से Co वजन अनुपात वाले बॉल-मिलिंग मिश्रण और 5:1 के वजन अनुपात में WC-20Co पाउडर के साथ मिश्रित कार्बाइड बॉल का उपयोग करके मिश्रित किया गया था। चित्र 2(c) 24 घंटे तक पीसने के बाद WC-20Co मिश्रित पाउडर दिखाता है। 2 पाउडर सामग्री की आकृति विज्ञान: (ए) डब्ल्यूसी पाउडर, (बी) सह पाउडर और (सी) डब्ल्यूसी -20 सह मिश्रित पाउडर। कोबाल्ट के ऑक्सीकरण को रोकने के लिए, गैर-हाइड्रोजेल सिस्टम डिजाइन किए गए थे। टोल्यूनि और हाइड्रॉक्सीएथाइल मेथैक्रिलेट (CH2=C(CH3)COOCH2CH2OH, HEMA) को सॉल्वैंट्स और कार्बनिक मोनोमर्स के रूप में चुना गया था। तालिका 1 में WC-20Co स्लरी के लिए उपयोग की जाने वाली जेल प्रणालियों को सूचीबद्ध किया गया है। तालिका 1. WC-20Co घोल के लिए रासायनिक अभिकर्मक प्रणाली। सॉल्वेंट ऑर्गेनिक मोनोमर क्रॉसलिंकर डिस्पर्सेंट इनिशिएटर उत्प्रेरक टोल्यूनि-हाइड्रॉक्सीएथाइल मेथैक्रिलेट (HEMA) N, N'-मेथिलीन बीआईएस-एक्रिलामाइड सॉलस्पर्स-6000 बेंज़ोयल पेरोक्साइड (बीपीओ) डाइमिथाइल अनिलिन (टीईएमईडी) प्रयोग में इस्तेमाल किए गए अभिकर्मक सभी विश्लेषणात्मक रूप से शुद्ध थे। सबसे पहले, एचईएमए (मोनोमर) और एन, एन'-मेथिलीन-बिसाक्रिलामाइड (क्रॉसलिंकर) को 80: 1 के वजन अनुपात में मिलाया गया था और फिर एक प्रीट्रीटमेंट तैयार करने के लिए हेमा की मात्रा से 50% की एकाग्रता में टोल्यूनि में भंग कर दिया। मिश्रण। इसके बाद, WC-20Co पाउडर को प्रीमिक्स किए गए घोल में फैलाकर अलग-अलग ठोस भार वाले घोल तैयार किए गए। डिस्पर्सेंट सोलस्पर्स-6000 (ICI Co. USA, गैर-विषाक्त) को एक निश्चित अनुपात में एक साथ जोड़ा गया था। ये WC-20Co निलंबन तब एक समान घोल प्राप्त करने के लिए 2 घंटे के लिए बॉल मिल्ड थे।2.2। 3D जेल प्रिंटिंग प्रक्रियाउपरोक्त WC-20Co घोल को उपयुक्त दबाव में 3D GP डिवाइस तक पहुंचाया गया। यहां 0.5, 0.6 और 0.7 मिमी के आंतरिक व्यास वाले तीन नोजल का उपयोग किया जाता है। तालिका 2 3DGP प्रक्रिया की प्रिंट शर्तों को सूचीबद्ध करती है। इन मुद्रण मापदंडों के आधार पर, एक उदाहरण के रूप में एक बेवल कटर लेते हुए, 3DGP की सटीकता और सतह की स्थिति को निर्धारित करने के लिए कुछ आयताकार नमूने तैयार किए गए और उनका विश्लेषण किया गया। 3डी जेल प्रिंटिंग प्रक्रिया के बाद, हरे शरीरों को 8 घंटे के लिए 60 डिग्री सेल्सियस पर एक वैक्यूम ओवन में सुखाया गया। सूखे हरे शरीर को 1 घंटे के लिए 700 डिग्री सेल्सियस पर degreased किया गया था और अंत में 1 घंटे के लिए 1360 डिग्री सेल्सियस पर वैक्यूम कार्बन ट्यूब फर्नेस (वैक्यूम <2 पा) में पाप किया गया था। तालिका 2. 3 डीजीपी के लिए मुद्रण की स्थिति। अंकन प्रिंट की स्थिति नोजल व्यास मोटी प्रिंट गति1 0.50 मिमी 0.35 मिमी 28 मिमी/एस2 0.60 मिमी 0.45 मिमी 28 मिमी/एस3 0.70 मिमी 0.55 मिमी 28 मिमी/एस2.3। WC-20Co घोल की चिपचिपाहट को मापने के लिए 25 ° C पर NDJ-79 रोटरी विस्कोमीटर का उपयोग करके परीक्षण किया गया था। थर्मोग्रैविमेट्रिक विश्लेषण (टीजीए) और डिफरेंशियल थर्मल एनालिसिस (डीटीए) का उपयोग कार्बनिक बाइंडरों के थर्मल वजन घटाने और अपघटन कैनेटीक्स का अध्ययन करने के लिए किया गया था जब उच्च शुद्धता वाले आर्गन प्रवाह के तहत हीटिंग दर 10 डिग्री सेल्सियस / मिनट थी। आर्किमिडीज के सिद्धांत का उपयोग हरित घनत्व और sintered घनत्व को मापने के लिए किया गया था। लेजर स्कैनिंग कन्फोकल माइक्रोस्कोप का उपयोग 3DGP ग्रीन बॉडी की सतह खुरदरापन, उपस्थिति और क्रॉस-सेक्शनल आकारिकी का निरीक्षण करने के लिए किया गया था। WC-20Co पाउडर की उपस्थिति और हरे और sintered नमूनों की सूक्ष्म संरचना इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी को स्कैन करके देखी गई थी। हीरे के शंकु और 60 किलोग्राम भार के साथ रॉकवेल कठोरता परीक्षक का उपयोग करके पाप किए गए नमूनों की कठोरता का परीक्षण किया गया था। 5 मिमी x 5 मिमी x 35 मिमी में काटे गए sintered नमूनों का झुकने परीक्षण एक इलेक्ट्रॉनिक सार्वभौमिक परीक्षण मशीन द्वारा 10 मिमी / मिनट की लोडिंग दर पर आयोजित किया गया था। रिपोर्ट किए गए डेटा का प्रत्येक सेट 3 से 5 नमूनों से प्राप्त विशेषताओं पर आधारित होता है।3. परिणाम और चर्चा3.1. WC-20Co स्लरी की रियोलॉजिकल बिहेवियर और जेलेशन प्रक्रिया घोल की गुणवत्ता दो प्रमुख कारकों पर निर्भर करती है: ठोस लोडिंग और चिपचिपाहट। अंजीर। 3 20 s -1 की कतरनी दर पर WC-20Co घोल की चिपचिपाहट पर ठोस लोडिंग के प्रभाव को दर्शाता है। ठोस लोडिंग के साथ घोल की चिपचिपाहट बढ़ जाती है। जेल इंजेक्शन मोल्डिंग (आमतौर पर <1 Pa·s) की चिपचिपाहट आवश्यकताओं के विपरीत, 3DGP प्रक्रिया में उच्च चिपचिपाहट (अर्थात् उच्च ठोस सामग्री) का उपयोग किया जा सकता है। 3DGP पेस्ट को मोल्ड से भरने की आवश्यकता नहीं है, लेकिन केवल एक निश्चित मात्रा में तरलता की आवश्यकता होती है (आमतौर पर <3 Pa·s) ताकि इसे नोजल के माध्यम से बाहर निकाला जा सके। हालांकि, अत्यधिक चिपचिपाहट WC-20Co पेस्ट के बाहर निकलने में बाधा उत्पन्न कर सकती है। उदाहरण के लिए, 59 vol% की ठोस सामग्री वाला घोल बाहर निकालने के लिए बहुत चिपचिपा होता है। इस अध्ययन में, चार अलग-अलग सॉलिड-लोडेड WC-20Co स्लरी को 3DGP द्वारा सीधे प्रिंट किया गया था: 47, 50, 53 और 56 vol%। चित्र 3. WC-20Co पेस्ट की चिपचिपाहट पर ठोस लोडिंग का प्रभाव। इसके अलावा, WC- 20Co घोल स्यूडोप्लास्टिक द्रव गुण प्रदर्शित करता है। जैसा कि चित्र 4 में दिखाया गया है, जैसे-जैसे कतरनी दर बढ़ती है, WC-20Co घोल की चिपचिपाहट काफी कम हो जाती है, जो कतरनी पतले व्यवहार का संकेत देती है। यह इंगित करता है कि WC-20Co घोल हवा के दबाव और आंदोलन के कारण उच्च कतरनी दरों पर बह सकता है, और एक छोटे व्यास नोजल के माध्यम से एक विशिष्ट दबाव पर बाहर निकाला जा सकता है। एक बार जब घोल को बाहर निकाल दिया जाता है और कतरनी बल गायब हो जाता है, तो घोल के तंतु जमने से पहले एक छोटे से निष्क्रिय समय के दौरान फैलने के बजाय अपना आकार बनाए रखते हैं। यह शीयर थिनिंग विशेषता 3DGP प्रक्रिया में WC-20Co slurries के बाहर निकालना और जमा करने के लिए बहुत अनुकूल है। चित्र 4. WC-20Co घोल के लिए स्पष्ट चिपचिपाहट और कतरनी दर के बीच संबंध। उत्प्रेरक डाइमिथाइलैनिलिन के अतिरिक्त के बीच एक निष्क्रिय समय है (TEMED) और सर्जक बेंज़ॉयल पेरोक्साइड (BPO) और जेलेशन की शुरुआत (क्रॉसलिंक पोलीमराइज़ेशन)। खाली समय का अनुकूलन 3DGP का एक प्रमुख बिंदु है। सही निष्क्रिय समय में, एक्सट्रूज़न सिस्टम का पेंच WC-20Co घोल, उत्प्रेरक और सर्जक को दृढ़ता से हिला सकता है, और यह सुनिश्चित करता है कि HEMA मोनोमर का क्रॉसलिंकिंग पोलीमराइज़ेशन घोल के एक्सट्रूज़न और जमाव के बाद तेज़ी से होता है। अगली परत को प्रिंट करने से पहले, घोल की पिछली परत में पर्याप्त ताकत होनी चाहिए ताकि हरा शरीर अपना आकार बनाए रख सके और अपने वजन का सामना कर सके। एचईएमए का क्रॉस-लिंकिंग पोलीमराइजेशन एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया है, इसलिए थर्मामीटर के साथ कस्टम उपकरणों का उपयोग निष्क्रिय समय निर्धारित करने में मदद के लिए किया जाता है। हमारे पिछले काम में, हमने उत्प्रेरक TEMED की प्रतिक्रिया दर पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव पाया, TEMED एकाग्रता 10 mmol / L क्रॉसलिंकिंग प्रतिक्रिया तब होती है जब स्थिरता होती है। उत्प्रेरक के उल्लेखनीय प्रभाव के विपरीत, सर्जक की एकाग्रता को समायोजित करके निष्क्रिय समय और पोलीमराइजेशन दर को अनुकूलित करना अधिक सुविधाजनक है। एक बार WC-20Co घोल में जोड़ने के बाद, आरंभकर्ता BPO मुक्त कणों में विघटित हो जाता है, सफलतापूर्वक पोलीमराइज़ेशन प्रतिक्रिया की शुरुआत करता है। चित्रा 5 मात्रा के हिसाब से 56% की ठोस सामग्री के साथ WC-20Co घोल के मृत समय पर सर्जक एकाग्रता के प्रभाव को दर्शाता है। परिणाम बताते हैं कि WC-20Co घोल का मिश्रण नियंत्रणीय है। सर्जक की बढ़ती एकाग्रता के साथ निष्क्रिय समय कम हो जाता है। जब सर्जक सांद्रता 40 mmol/L है, तो निष्क्रिय समय > 20 मिनट है। हालाँकि, जैसे-जैसे सर्जक सांद्रता 70 mmol/L तक बढ़ी, निष्क्रिय समय लगभग 5 मिनट तक कम हो गया। जब एकाग्रता 100 mmol / L से अधिक हो जाती है, तो प्रभाव का न्यूनतम निष्क्रिय समय। इसी तरह के पैटर्न विभिन्न ठोस सामग्री के साथ घोल पर लागू होते हैं। दोहराए गए प्रयोगों के परिणामों के अनुसार इष्टतम खुराक के सर्जक (90 mmol / L) प्रस्तुत किए गए। इस इष्टतम अनलोड अवधि (लगभग 2 मिनट) के दौरान, WC-20Co घोल को एक निश्चित मात्रा में उत्प्रेरक और सर्जक के साथ एक स्क्रू एक्सट्रूडर में मिलाया गया और फिर एक नोजल के माध्यम से बाहर निकाला गया और अंत में 20 सेकंड में ठीक हो गया। अंजीर। 5 WC-20Co स्लरी के खाली समय पर सर्जक एकाग्रता का प्रभाव3.2। ग्रीन बॉडी की विशेषता WC-20Co घोल को एक पारंपरिक नोजल के माध्यम से बाहर निकाला गया था और बारस प्रभाव (एक्सट्रूडेड एक्सपेंशन) के कारण, स्लरी फिलामेंट का व्यास नोजल के आंतरिक व्यास से थोड़ा बड़ा था। जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 1 (सी), प्रिंटिंग प्लेटफॉर्म पर घोल फिलामेंट जमा होने के बाद, इसका अपना गुरुत्वाकर्षण, रियोलॉजिकल गुण और नोजल के साथ मामूली संपर्क अर्ध-अण्डाकार हो जाएगा, जैसा कि चित्र 1 (सी) में दिखाया गया है। निष्क्रिय समय को नियंत्रित करके, अगली परत को बाहर निकालने से पहले प्रिंटिंग पेस्ट को जल्दी से ठीक किया जा सकता है और पर्याप्त रूप से मजबूत किया जा सकता है। चित्र 1(d) 3DGP निक्षेपण प्रक्रिया का एक आरेख है। WC-20Co स्लरी फिलामेंट्स क्रॉस-स्टैक्ड हैं और अगली परत पिछली परत के रिक्त स्थान को भर देगी। उपरोक्त बारुस प्रभाव के कारण, सही भरने की दर का चयन करना आवश्यक है। भरण दर का प्रभाव चित्र 6 में दिखाया गया है। तीन अलग-अलग भरण-दर के नमूने 0.7 मिमी नोजल और WC-20Co पेस्ट के साथ 56 vol% ठोस के साथ मुद्रित किए गए थे। जब भरने की दर 100% है, तो WC-20Co घोल ढेर हो जाएगा, विकृत हो जाएगा, और फिर उत्पाद के आकार को नुकसान पहुंचाएगा। दूसरी ओर, जैसा कि अंजीर में दिखाया गया जाली संरचना में दिखाया गया है। 6 (ए), कम भरने की दर से हरे शरीर का घनत्व कम होता है। 92% की भरने की दर के साथ, हरे रंग का शरीर अच्छी तरह से बनता है। घोल और नोजल आकार के रियोलॉजिकल गुणों के आधार पर उपयुक्त भरने की दर का चयन किया जाता है। चित्रा 6 विभिन्न भरने की दरों के साथ हरे रंग के नमूने: (ए) 84%, (बी) 92% और (सी) 100%। नोजल का आंतरिक व्यास प्रभावित करता है जमा परत की मोटाई और अंततः हरे शरीर की सतह खुरदरापन और आयामी सटीकता निर्धारित करती है। इसे स्पष्ट करने के लिए, 3DGP द्वारा विभिन्न व्यास नोजल और WC-20Co घोल का उपयोग करके 56 vol% ठोस लोडिंग के साथ कई नमूने बनाए गए थे। 3DGP बनाने की सटीकता की गणना करने के लिए उनकी परत की मोटाई, सतह खुरदरापन, आकार और आकार को मापा गया। मुद्रित नमूनों की परत की मोटाई और सतह खुरदरापन का अध्ययन कन्फोकल लेजर स्कैनिंग माइक्रोस्कोपी द्वारा किया गया था। अंजीर। 7, 0.5, 0.6, और 0.7 मिमी के आंतरिक व्यास के साथ तीन नोजल का उपयोग करके 3डीजीपी द्वारा प्राप्त हरे रंग के शरीर का एक पार्श्व दृश्य है। यह इंगित करता है कि स्लरी फिलामेंट्स परतों के बीच अच्छी बॉन्डिंग के साथ समय पर अपना आकार और इलाज बनाए रखते हैं। तालिका 3 मुद्रित हरे शरीर की परत की मोटाई, सतह खुरदरापन और आयामों को दर्शाती है। मापी गई परत की मोटाई (क्रमशः 0.355 मिमी, 0.447 मिमी और 0.552 मिमी) के परिणाम तालिका 2 में दिखाए गए 3डीजीपी की सेटिंग्स के अनुरूप हैं। जैसे-जैसे नोजल व्यास बढ़ता है, मुद्रित नमूने की सतह खुरदरापन बढ़ जाता है। जब एक आयताकार समानांतर चतुर्भुज नमूना 0.5 मिमी के आंतरिक व्यास के साथ एक नोजल का उपयोग करके मुद्रित किया गया था, तो 8.13 ± 0.6 माइक्रोन की सतह खुरदरापन (रा) प्राप्त की गई थी। जब नोजल का आंतरिक व्यास 0.7 मिमी तक बढ़ाया गया था, तो नमूने में सतह खुरदरापन (रा) 19.98 ± 0.9 माइक्रोन जितना ऊंचा था। जैसा कि तालिका 3 से देखा जा सकता है, ये सभी मुद्रित रिक्त स्थान त्रि-आयामी मॉडल से थोड़े बड़े होते हैं, लेकिन सुखाने की प्रक्रिया के दौरान थोड़े छोटे होते हैं और इसलिए मॉडल के करीब होते हैं। चित्र 8 में एक सूखा आयताकार नमूना दिखाया गया है जो 0.5 मिमी नोजल और 56 वोल्ट % ठोस लोडिंग के साथ WC-20Co घोल का उपयोग करके मुद्रित किया गया है। जैसा कि चित्र 8(बी) में दिखाया गया है, 3डीजीपी-बुलिट नमूने की सतह में कोई स्पष्ट छिद्र, स्प्लिंटर्स और वारपेज दोष नहीं थे। घनाभ नमूने की सतह पर रेखा प्रिंट के निशान अभी भी दिखाई दे रहे हैं। परिणाम बताते हैं कि 3DGP डिवाइस में अच्छी बनाने की क्षमता होती है, और नमूने तैयार करने के लिए महीन नोजल के उपयोग से सतह का खुरदरापन और उच्च आयामी सटीकता प्राप्त होती है। चित्रा 8(ई) एक कम आवर्धन हरे सूखे नमूने का एक क्रॉस-सेक्शन दिखाता है। हरे रंग के नमूने के अंदर प्रिंट परत और लाइनों के बीच कोई इंटरफ़ेस नहीं है। हालांकि WC-Co पेस्ट परत दर परत एक-एक करके मुद्रित होता है, पेस्ट के गीले और फैलाने वाले गुण अच्छे होते हैं, और भरने की दर उपयुक्त होती है, ताकि तार और परत में उत्कृष्ट आसंजन हो। इसके अलावा, एचईएमए का क्रॉस-लिंकिंग पोलीमराइजेशन अभी भी इन इंटरफेस पर छपाई और सुखाने के चरणों और तारों और परतों के तंग बंधन के दौरान होता है। SEM छवि (चित्र 8 (f)) से, यह देखा जा सकता है कि हरे नमूने में एक समान सूक्ष्म संरचना है और WC-Co कण समान रूप से वितरित हैं। इसके अलावा, कणों को जेल बहुलक द्वारा कसकर कवर किया जाता है और जगह में तय किया जाता है। चित्रा 7: 3 डीजीपी द्वारा गठित विभिन्न नोजल के हरे रंग की सतह की उपस्थिति और परत की मोटाई: 0.5 मिमी नोजल, (बी) 0.6 मिमी नोजल, और (सी) 0.7 मिमी नोजल। तालिका 3. परत मोटाई, सतह खुरदरापन, और मुद्रित हरे निकायों के आयाम, और सूखे हरे निकायों के आयाम। (3डी मॉडल 40 मिमी × 20 मिमी × 20 मिमी है।) अंजीर। 8. 56 वोल्ट 1टीपी2टी के ठोस लोडिंग के साथ 0.5 मिमी नोजल और डब्ल्यूसी-20सीओ घोल का उपयोग करके 3डीजीपी द्वारा मुद्रित घनाभ नमूना: (ए) त्रि-आयामी मॉडल, (बी) सूखे हरे शरीर, (सी) sintered नमूना, (ई) क्रॉस कम आवर्धन के तहत सूखे हरे शरीर का खंड, और (च) सूखे हरे शरीर की सूक्ष्म संरचनाएं। ठोस भार हरे शरीर के घनत्व को प्रभावित करता है। जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 9, जब एक उचित नोजल का चयन किया जाता है और एक उचित भरने की दर का चयन किया जाता है, तो घोल का ठोस भार बढ़ने पर हरे रंग का घनत्व बढ़ जाता है। 56 vol% के ठोस भार पर, हरे रंग का घनत्व 7.85 g/cm3 था। उच्च ठोस सामग्री स्लरी का उपयोग उच्च घनत्व वाले हरे रंग के कॉम्पैक्ट के उत्पादन की सुविधा प्रदान करता है और सुखाने और सिंटरिंग के दौरान संकोचन को कम करता है, जो उच्च घनत्व वाले समरूप और अत्यधिक सटीक sintered भागों की उपलब्धि की सुविधा प्रदान करता है। उचित चिपचिपाहट के आधार पर, जितना संभव हो सके ठोस भार को बढ़ाना आवश्यक है। चित्र 9. विभिन्न WC-20Co ठोस भार के साथ 3D GP नमूनों का हरा घनत्व और sintered घनत्व।3.3। Sintered नमूना3DGP प्रक्रिया कार्बनिक मोनोमर बाइंडरों और FDM के सीटू पोलीमराइज़ेशन पर आधारित है। सिंटरिंग से पहले, ग्रीन जेल पॉलीमर (ऑर्गेनिक बाइंडर) को विघटित और जलना चाहिए। कार्बनिक बाइंडरों के थर्मल अपघटन कैनेटीक्स की जांच करने के लिए, 56 vol% ठोस लोडिंग पर WC-20Co घोल का उपयोग करके मुद्रित हरे नमूनों का परीक्षण TG और DTA द्वारा एक बहने वाले आर्गन वातावरण में 10 ° C / मिनट की ताप दर पर किया गया। . जैसा कि चित्र 10 में दिखाया गया है, टोल्यूनि के वाष्पीकरण के कारण हरा नमूना एंडोथर्मिक है और कम तापमान (<100 डिग्री सेल्सियस) पर हल्का हो जाता है। डीटीए वक्र लगभग 450 डिग्री सेल्सियस पर एक मजबूत एक्सोथर्म दिखाता है। एक्ज़ोथिर्मिक चोटी के अनुरूप, हरा शरीर 300 डिग्री सेल्सियस और 500 डिग्री सेल्सियस के बीच एक महत्वपूर्ण वजन घटाने को दर्शाता है। 600 डिग्री सेल्सियस तक गर्म होने पर, हरे रंग का नमूना 3.08 wt% खो गया। गणना के अनुसार, सूखे हरे नमूने की जैविक सामग्री वजन के हिसाब से 3.02% थी। जब तापमान 600 डिग्री सेल्सियस से अधिक होता है, तो हरे शरीर का वजन शायद ही बदलता है। परिणाम बताते हैं कि हरे रंग का पॉलीमर जेल लगभग 600 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने के बाद पूरी तरह से जल गया। कार्बनिक बाइंडरों की कम सामग्री के कारण, 3DGP मुद्रित हरे नमूनों को केवल थर्मल डीग्रेजिंग की आवश्यकता होती है। 3DGP बड़े आकार के घटक बना सकता है। भट्ठी के तापमान के अंतराल को ध्यान में रखते हुए WC-20Co के नमूने को एक घंटे के लिए 700 ° C पर annealed किया गया था। अंजीर में। 8(c), यह स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है कि 3DGP निर्मित नमूने का सिकुड़न सिंटरिंग के दौरान एक समान होता है। sintered नमूना बिना विकृत किए अपने आकार को बनाए रखता है और सतह पर कोई दोष नहीं होता है। चित्रा 10. डीटीए वक्र और 10 डिग्री सेल्सियस / मिनट की हीटिंग दर के साथ एक 3डीजीपी नमूने का टीजी वक्र। जैसे-जैसे ठोस लोडिंग बढ़ती है, का sintered घनत्व 3डीजीपी का सैंपल बढ़ा एफआईजी में घनत्व डेटा की तरह। 9, एक WC-20Co घोल का उपयोग करके मुद्रित एक नमूना जिसमें 56 vol.-% के ठोस लोडिंग के साथ 13.55 g/cm3 का अधिकतम घनत्व दिखाया गया, जो सैद्धांतिक घनत्व के 99.93% तक पहुंच गया। हालाँकि, जब ठोस भार को आयतन से घटाकर 47% कर दिया गया, तो sintered घनत्व केवल 12.01 g/cm 3 (सैद्धांतिक घनत्व का 88.58%) था। ठोस लोडिंग का प्रभाव sintered नमूने की सूक्ष्म संरचना में भी परिलक्षित होता है। मात्रा के हिसाब से 561टीपी2टी तक के ठोस भार पर, एसईएम छवि (चित्र 11(ए)) बिना किसी दरार या रिक्तियों के लगभग पूर्ण घनत्व के साथ एक sintered नमूना दिखाती है। जब ठोस सामग्री कम होती है, दूसरे शब्दों में, विलायक सामग्री और कार्बनिक बाइंडर सामग्री अधिक होती है, विलायक का वाष्पीकरण और कार्बनिक बाइंडर के जलने से कई रिक्तियां होती हैं, जो सिंटरिंग घनत्व में बाधा डालती हैं। अंजीर। 11(बी) से पता चलता है कि जब WC-20Co घोल की ठोस लोडिंग मात्रा के हिसाब से 531टीपी2टी तक कम हो जाती है, तो sintered नमूने में कुछ छोटे छेद होते हैं। अंजीर में बड़ी संख्या में रिक्तियां देखी जा सकती हैं। 11(c) WC-20Co घोल का उपयोग करके मुद्रित नमूने की सूक्ष्म संरचना का चित्रण, जिसमें मात्रा के अनुसार 50% का ठोस लोडिंग होता है। जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 11 (डी), अधिक से अधिक छेद दिखाई देते हैं क्योंकि ठोस भार और कम हो जाता है। विलायक और कार्बनिक बाइंडर द्वारा छोड़े गए छिद्रों को भरने के लिए degreasing और sintering के दौरान पर्याप्त तरल चरण नहीं है। इसके परिणामस्वरूप WC-20Co पेस्ट का उपयोग करके मुद्रित नमूनों में मात्रा के अनुसार 47% के ठोस लोडिंग के साथ कम घनत्व और बड़ी संख्या में रिक्तियां हुईं। चित्र 11. (a) 56 vol%, (b) 53 vol%, (c) 50 vol%, और (डी) 47 vol% WC-20Co घोल एक sintered नमूने की 3डीजीपी मुद्रित SEM छवि के माध्यम से। चित्र 12 WC-20Co घोल ठोस लोडिंग के कार्य के रूप में sintered नमूनों की कठोरता में परिवर्तन को दर्शाता है। मात्रा के हिसाब से 47% के ठोस लोडिंग पर, कठोरता (HRA) केवल 84.5 है। कम ठोस सामग्री के परिणामस्वरूप कम sintered घनत्व (उच्च छिद्र) होता है, जो नमूने के यांत्रिक गुणों को काफी कम कर देता है। जैसे-जैसे ठोस भार बढ़ता है, कठोरता काफी बढ़ जाती है। WC-20Co घोल का उपयोग करके मुद्रित नमूने जिसमें 56 vol% ठोस लोडिंग होती है, की अधिकतम कठोरता (HRA) 87.7 होती है। चित्र 12. विभिन्न WC-20Co ठोस भार के साथ sintered नमूनों की कठोरता मान। इसी तरह की स्थिति अनुप्रस्थ टूटना ताकत के साथ होती है सिंटर्ड नमूना। जैसा कि चित्र 13 में दिखाया गया है, ठोस लोडिंग बढ़ने के साथ नमूने की लचीली ताकत में वृद्धि देखी गई। नमूने की फ्रैक्चर उपस्थिति और माइक्रोस्ट्रक्चर (चित्र 14) ने भी इसकी पुष्टि की। जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 14 (बी), (सी) और (डी), नमूने में झुकने की शक्ति बहुत कम थी, और कई छेद मात्रा के हिसाब से 531टीपी2टी, 501टीपी2टी, और 471टीपी2टी के कम ठोस भार के कारण थे। छिद्रों की उपस्थिति के बावजूद, यह देखा जा सकता है कि WC कण समान रूप से वितरित होते हैं और कोई असामान्य वृद्धि नहीं होती है। उच्च WC-20Co सामग्री (56 vol%) घोल से बने नमूनों में 2612.8 MPa की अनुप्रस्थ टूटना शक्ति थी। चित्र 13. विभिन्न WC-20Co ठोस भार के साथ sintered नमूनों की झुकने की शक्ति। चित्र 14. WC-20Co नमूनों के फ्रैक्चर पैटर्न मुद्रित विभिन्न ठोस भार के साथ स्लरी का उपयोग करना: (ए) 56 वोल्ट %, (बी) 53 वोल्ट %, (सी) 50 वोल्ट %, और (डी) 47 वोल्ट %। चित्र 15 3DGP से बना एक मैटर कटर (व्यास 52 मिमी) दिखाता है और 1360 पर sintered है। डिग्री सेल्सियस। सिंटरिंग समान रूप से सिकुड़ता है। इसलिए, बेवल मिलिंग का आकार अच्छा होता है। 3DGP मुद्रित नमूनों के यांत्रिक गुण पारंपरिक प्रिंटिंग प्रेस और सिंटरिंग तकनीकों से बने नमूनों के यांत्रिक गुणों के समान हैं। 3DGP नेट बनाने की एक उन्नत प्रक्रिया है जो बिना मोल्ड (फ्री फॉर्मिंग) के जटिल आकार बना सकती है। मुद्रित लाइनों को बेवल वाली सतह पर देखा जा सकता है। 3DGP द्वारा बनाए गए पुर्जों को उपयोग से पहले पॉलिश और समाप्त करने की आवश्यकता होती है। 3DGP की मोल्डिंग गति अभी भी बहुत धीमी है। बेवल मिलिंग को प्रिंट करने में 2 घंटे 46 मिनट का समय लगता है। एक गैर-मोल्डिंग प्रक्रिया के रूप में, 3DGP जटिल आकृतियों की सीमाओं को पार करता है और प्रक्रिया प्रवाह को सरल करता है। प्रौद्योगिकी और उपकरणों के विकास के साथ, सटीकता बनाने और बनाने की गति धीरे-धीरे बढ़ेगी। 3DGP WC-Co हार्डमेटल घटकों के निकट शुद्ध आकार देने के लिए एक नई विधि प्रदान करता है। चित्र 15. 3DGP.4 द्वारा मुद्रित बेवेल्ड कटर। निष्कर्षसमग्र WC-20Co घटक को 3D जेल प्रिंटिंग नामक एक नई AM प्रक्रिया द्वारा लगभग शुद्ध आकार में सफलतापूर्वक उत्पादित किया गया था, जो परत दर परत WC-20Co घोल परत को चुनिंदा रूप से जमा करता है। निम्नलिखित निष्कर्ष निकाले जा सकते हैं: (1) उपयुक्त रियोलॉजिकल गुणों वाले घोल को अनियमित आकार के WC-20Co मिश्रित पाउडर और टोल्यूनि-हेमा जेल सिस्टम का उपयोग करके तैयार किया जा सकता है। शीयर थिनिंग बिहेवियर और नियंत्रित गेलिंग रिएक्शन WC-20Co घोल को 3DGP प्रक्रिया के लिए उपयुक्त बनाते हैं। (2) 3DGP का उपयोग जटिल ग्रीन बॉडी बनाने के लिए किया जा सकता है। ठीक नोजल का उपयोग 3DGP के गठन की सटीकता में सुधार करने और नमूने की सतह खुरदरापन को कम करने में मदद करता है। पैकिंग दर का चयन घोल के रियोलॉजी और नोजल के आकार के आधार पर किया जाना चाहिए। मुद्रित नमूने का आकार अच्छा है और सतह खुरदरापन 8.13 ± 0.6 माइक्रोन है। ग्रीनवेयर की कम बाइंडर सामग्री 3DGP को बड़े आकार के घटक बनाने में सक्षम बनाती है। (3) WC-20Co घोल की ठोस लोडिंग को बढ़ाने से घोल की चिपचिपाहट, हरी घनत्व, sintered घनत्व, और sintered नमूने के यांत्रिक गुणों में सुधार हुआ। 56 vol% WC-20Co घोल का उपयोग करके मुद्रित किए गए sintered नमूने का घनत्व 13.55 g/cm 3 (सैद्धांतिक घनत्व का 99.93%), 87.7 (HRA) की कठोरता और 2612.8 MPa की लचीली ताकत है। इसके अलावा, सूक्ष्म संरचना ठीक और समान WC अनाज के साथ समान है। संदर्भ: ज़िन यू झांग, झी, मेंग गुओ, कुन गुआंग चेन, वेई वेई यांग। 3 डी जेल-प्रिंटिंग द्वारा WC-20Co घटकों का अतिरिक्त निर्माण। आग रोक धातु और कठोर सामग्री के अंतर्राष्ट्रीय जर्नल, खंड 70, जनवरी 2018, पृष्ठ 215-223
स्रोत: मेयौ कार्बाइड

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