How transparency and particle size in Silicon Carbide influence the possibilities for 3D-printing with Digital Light Processing

I dagens samfunn stilles det høye krav til materialer, fremstillingsmetoder og bærekraft. Et ledd i denne utviklingen er å kunne begrense materialsvinn under fremstilling og samtidig øke effektiviteten. For eksempel at materiale som blir til overs enkelt kan resirkuleres. Både for plast, metaller og keramer har 3D-printing har fått økende oppmerksomhet de siste tiårene. Dette prosjektet skal ta for seg en spesiell metode, nemlig Digital Ligth Processing (DLP). Generelt fungerer DLP-printing slik; delen som er ønskelig å printe tegnes digitalt med nøyaktige mål, denne informasjon overføres så til en printer. Printeren har da forskjellige doseringsløsninger, slik at materialet som skal printes, blir formet i henhold til den digitale tegningen. Materialet, silisiumkarbid, vil i dette prosjektet være i slurry-form. De vil si at veldig fine partikler (0,001 mm) er dispergert i en løsning sammen med organiske molekyler som vil hjelpe til i printer prosessen. Delen printes lag for lag ved at en tynt lag med slurry dekker et større område på en senkbar plattform, en laserstråle vil så treffe gitte punkter basert på den digitale tegningen printeren har fått. Når laseren treffer et gitt punkt vil de tilsatte organiske molekylene herdes, når mange slike punkter treffes samtidig vil det gjøre at et lag herdes av gangen. Plattformen senkes for hvert lag som herdes. Når printerprosessen er ferdig, kan den herdede delen enkelt tas ut av slurryen. I etterkant vil delen varmebehandles (sintres) slik at partiklene henger tett sammen og delen blir like hard som om den skulle vært støpt eller presset. Men selv om 3D-printing er en teknikk som nå ha vært benyttet i flere tiår, er det utviklet få maskiner og teknikker som er spesifikt tiltenkt silisiumkarbid. Målet for dette prosjektet å kunne få kartlagt hvilke hensyn som må tas med tanke på printer-materialet og 3D-printer, slik at det kan danne grunnlaget for standardiserte metoder for å printe gode deler med silisiumkarbid.

Hovedmålet i prosjektet er å øke forståelsen av hvordan forskjellige SiC-pulver parametere påvirker DLP-prosessen og sintringsegenskapene til de 3D-printende SiC-komponentene. Mer spesifikt vil man fokusere mest på følgende SiC-parametere, da disse antas å ha størst påvirkning på DLP-prosessen og sintringsegenskapene: • Transparens (gjennomsiktighet) til SiC-partiklene • Partikkelform, partikkelstørrelse og partikkelstørrelses-fordeling (PSD) • Renheten til partiklene, både overflatekjemi og bulk-kjemi For å finne sammenhengen mellom de ulike parameterne er det valgt, å gjøre systematiske en-parameter studier, som videre kan gi statistiske representasjoner. Det vil si at for den enkelte serie som undersøkes, holdes alle parameterne konstant utenom en, slik at det kan undersøkes hvordan endringer i denne parameteren påvirker egenskapene til materialet. Dette vil da kunne indikere på hvilket nivå parameterne bør være for at materialet skal få de optimale egenskapene.