مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

پوشش دهی ذرات آلومینا با لایه نازکی از ترموپلاستهای آمورف به روش وارونگی فاز جهت استفاده در روش تفجوشی لیزری انتخابی غیرمستقیم

نویسندگان
سید محمود ناظم السادات ارسنجانی 1
محسن بدرسمای 2
احسان فروزمهر 3
1 گروه ساخت و تولید، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
2 استادیار، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
3 معاونت پژوهشی، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران
چکیده
فرآیندهای ساخت افزودنی یا پرینت سه بعدی که بوسیله آنها قطعات پیچیده کاربردی با استفاده از مدل سه بعدی قطعه مستقیما ساخته می شوند، در سالهای اخیر به عنوان یکی از مهمترین زمینه های تحقیق و توسعه مورد توجه قرارگرفته اند. قابلیتهایی نظیر کاهش زمان و هزینه طراحی تا تولید، امکان فرآوری انواع مواد مهندسی، تولید قطعات با هندسه بسیار پیچیده، و امکان تولید اقتصادی قطعات اختصاصی تعدادی از مزیتهای این روشها می باشند. تف‌جوشی لیزری انتخابی غیرمستقیم یکی از روشهای ساخت افزودنی می باشد که می تواند برای ساخت قطعات پیچیده و موادی مثل سرامیکها که دارای نقطه ذوب بالایی هستند و با روشهای مرسوم تولیدشان سخت و یا غیرممکن می باشد، استفاده شود. در این تحقیق تف جوشی غیرمستقیم ذرات پودر آلومینای کروی با پوشش نازکی از ترموپلاست آمورف پلی‌استایرن و پلی متیل متاکریلات بررسی شده است. جهت پوشش دهی ذرات آلومینا با درصد وزنی مختلف پوشش مورد نظر، از روش وارونگی فاز استفاده شده است. در این تحقیق نحوه پوشش دهی و چگونگی ارزیابی پوشش شرح داده شده است. تکنیکهای ارزیابی پوشش شامل میکروسکوپ الکترونی روبشی، آنالیز طیف سنجی تبدیل فوریه مادون قرمز، آنالیز توزین حرارتی و آنالیز گرماسنجی افتراقی می باشد. در نهایت با استفاده از مقادیر مناسب پارامترهای لیزر و همچنین انتخاب ذرات پودر آلومینا با نازکترین پوشش ترموپلاست، قطعات سبز به روش تف‌جوشی لیزری انتخابی تولید گردید.
کلیدواژه‌ها
پوشش دهی
آلومینا
تف جوشی لیزری
پلی استایرن
پلی متیل متاکریلات

موضوعات

عنوان مقاله English

Preparation of Alumina Particles Coated with a Thin Layer of Amorphous Thermoplastic via Phase Inversion Process for Indirect SLS Applications

نویسندگان English

sayed mahmoud nazemosadat arsanjani 1
mohsen badrossamay 2
Ehsan Foroozmehr 3
1 Department of Mechanical Engineering, manufacturing, Isfahan University of Technology, Isfahan , Iran
2 Assistant Professor, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
3 Deputy of Research Affairs, mechanical engineering, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
چکیده English

Additive manufacturing or 3D printing processes through which applicable complicated parts are directly made based on 3D model of the part has been extensively addressed in numerous research and development tasks for the past years. Certain merits such as decline of time, cost of design and manufacturing of product, processing different engineering materials, manufacturing parts with highly complicated geometries, and manufacturing customized parts should be noted in the case of adopting these methods. Indirect selective laser sintering is one of the interesting methods of integrated manufacturing which could be used for manufacturing of complicated pieces and certain materials such as ceramics with a high melting point and difficult manufacturing process through typical methods. In the present study, indirect SLS of spherical alumina powder particles with a thin layer of amorphous thermoplastic (PMMA and PS). In order to coat alumina particles with different weight percent of thermoplastic, the new method of phase Inversion process was used. Due to significance of geometry and dimensions of the final part, the least probable thickness of thermoplastic was used for manufacturing of parts based on SLS method. In the present study, evaluation of coating and method of coating have been discussed. The evaluative techniques include assessment through scanning electron microscopy, analytical results of Fourier transform infrared spectroscopy and thermogravimetric analysis and differential scanning calorimetry. Finally, green parts where produced based SLS method and through optimal values of laser parameters and selection of alumina powder particles with thinnest thermoplastic coating.

کلیدواژه‌ها English

Coating
Alumina
laser sintering
Polystyrene
Polymethyl methacrylate
[1] H. Zheng, J. Zhang, S. Lu, G. Wang, Z. Xu, Effect of core–shell composite particles on the sintering behavior and properties of nano-Al2O3/polystyrene composite prepared by SLS, Materials Letters, Vol. 60, No.9-10, pp. 1219-1223, 2006.
[2] K. Shahzad, J. Deckers, S. Boury, B. Neirinck, J. Kruth, J. Vleugels, Preparation and indirect selective laser sintering of alumina/PA microspheres, Ceram. Int., Vol. 38, pp. 1241–1247, 2012.
[3] C. Deckard, J.Beaman, J. Darrah, Method and apparatus for producing parts by selective sintering, Patent WO 9208567 (1988).
[4] J.-P. Kruth, G. Levy, F. Klocke, T.H.C. Childs, Consolidation phenomena in laser and powder-bed based layered manufacturing, CIRP Annals– Manufacturing Technology, Vol. 56, pp. 730–759, 2007.
[5] P.Fischer, M.Locher, V.Romano, H.P.Weber, S.Kolossov, and R.Glardon, Temperature measurements during selective laser sintering of titanium powder, International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 44, pp. 1293–1296, 2004.
[6] G. Wypych, Handbook of Polymers, Published by ChemTec Publishing, ChemTec Publishing, 2012.
[7] P.Fischer, V.Romano, H.P.Weber, N.P.Larapatis, C.Andre, and R.Glardon, Modeling of near infrared pulsed laser sintering of metallic powders, Proceedings of SPIE ALT02 International Conference on Advanced Laser Technologies, Vol. 5147, pp. 292-298, 2003.
[8] J.Yin, H. Zhu, L. Ke, W. Lei, C. Dai, D. Zuo, Simulation of temperature distribution in single metallic powder layer for laser micro-sintering, Computational Materials Science, Vol. 53, pp. 333–339, 2012.
[9] F.R. Liu, J.J. Zhao, Q. Zhang, C. He, J.M. Chen, Processing and characterizations of 2%PF/silica sand core–shell composite powders by selective laser sintering with a higher transmittance fiber laser, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 60, pp. 52–58, 2012.
[10] S. M. Nazemosadat, E. Foroozmehr, & M. Badrossama, Preparation of alumina/polystyrene core-shell composite powder via phase inversion process for indirect selective laser sintering applications. Ceramics International, Vol. 44, pp. 596-604, 2018.‌
[11] J.E.D. Dickens, B.L. Lee, G.A. Taylor, A.J. Magistro, H. Ng, K.P. McAlea, P.F. Forderhase, Sinterable semi crystalline powder and near-fully dense article formed therewith, US Patent RE39,354, 2006.
[12] J. Xing, W. Sun, R.S. Rana, 3D modeling and testing of transient temperature in selective laser sintering (SLS) process, Optik, Vol. 124, pp. 301– 304, 2013.
[13] J. Deckers, J.P. Kruth, L. Cardon, K. Shahzad, J. Vleugels, Densification and Geometrical assessments of alumina parts produced through indirect selective laser sintering of alumina-polystyrene composite powder, Stroj. Vestn. – J. Mech. E., Vol. 59, pp. 646 – 661, 2013.
[14] Z. Zeng, J. Yu, Z.X. Guo, Preparation of functionalized core–shell, Macromol. Chem. Phys., Vol. 206, pp. 1558–1567, 2005.
[15] K. Shahzad, J. Deckers, Z. Zhang, J.-P. Kruth, J. Vleugels, Additive manufacturing of zirconia parts by indirect selective laser sintering, J. Eur. Ceram. Soc., Vol. 34, pp. 81 – 89, 2014.
[16] S. Freiberg, X.X. Zhu, Review: polymer microspheres for controlled drug release, International Journal of Pharmaceutics, Vol. 282, pp. 1–18, 2004.
[17] S. Freiberg, X.X. Zhu, Review: polymer microspheres for controlled drug release, International Journal of Pharmaceutics, Vol 282, pp. 1–18, 2004.
[18] L. Cardon, J. Deckers, A. Verberckmoes, K. Ragaert, L. Delva, K. Shahzad, J. Vleugels, J.P. Kruth, Polystyrene coated alumina powder via dispersion polymerization for indirect selective laser sintering applications. Journal of Applied Polymer Science, Vol. 128, pp. 2121-2128, 2012.
[19] E. Duguet, M. Abboud, F. Morvan, P. Maheu, F. Michel, PMMA encapsulation of alumina through aqueous suspension polymerization processes, Macromol. Symp, Vol. 151, pp. 365–370, 2000.
[20] T. L. Richardson, E. Lokensgard, Industrial Plastics: Theory and Applications, 3rd edition, p.255, 1997.
[21] Ph. Carson, C. Mumford, Hazardous Chemicals Handbook, Butterworth-Heinemann, An imprint of Elsevier Science, Second edition 2002.
[22] Z.H. Liu, J.J. Nolte, J.I. Packard, G. Hilmas, F. Dogan, M.C. Leu, Selective Laser Sintering of High Density Alumina Ceramic Parts, Proceedings 35th internat. MATADOR conf., pp. 351–354, 2007.
[23] C.H. Jung, J.H. Choi, Y.M. Lim, J.P. Jeun, P.H. Kang, Y.C. Nho, Preparation and characterization of polypropylene nanocomposites containing polystyrene-grafted alumina nanoparticles, J. Ind. Eng. Chem., Vol. 12, pp. 900–904, 2006.
[24] D.L. Pavia, G.M. Lampman, G.S. Kriz, J.R. Vyvyan, Introduction to Spectroscopy, fourth ed, Brooks/Cole, Belmont, CA, 2009.
[25] T.G. Fox, P.J. Flory, Second‐order transition temperatures and related properties of polystyrene. I. Influence of molecular weight, J. Appl. Phys., Vol. 21, pp. 581–591, 1950.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 7
آبان 1397
صفحه 131-141