德克薩斯大學開發超快熱脫脂技術，可在30分鐘內去除3D打印氧化鋯粘合劑
時間：2025-02-09 11:05 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
2025年2月8日，德克薩斯大學 (UT Dallas) 的研究人員開發了一種新型超快熱脫脂 (UFTD) 技術，可以在 30 分鐘內完全去除粘合劑。研究團隊使用了3Y氧化鋯漿料和Tethon 3D的陶瓷立體光刻 (大桶光聚合) 3D 打印機。
相關研究以題為“Single-Step Thermal Debinding forCeramics Vat Photopolymerization in Less than 30-Minutes”的論文發表在SSRN網站上，訪問鏈接：https://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=5096489
Tethon 3D 首席執行官Trent Allen 表示：“想象一下能夠在 30 分鐘內打印出一個牙冠，然后完成燒結。在陶瓷增材制造領域，我們可以提供一些最實惠的材料和硬件。我們希望能夠為牙科市場提供一種受歡迎的解決方案，該市場對價格的敏感度遠高于更廣泛的醫療保健領域。”光聚合 (VPP) 是一種功能強大的陶瓷 3D 打印方法，可提供高分辨率和精細的結構。然而，傳統的熱脫脂 (TD) 工藝需要在燒結前去除粘合劑，耗時 20 到 100 小時。這種耗時的過程會增加成本并延遲生產，從而限制了 VPP 的工業應用。
△超快熱脫脂 (UFTD) 工藝。(A)-(C) 在室溫、中溫 (~1050°C) 和高溫 (~1400°C) 下工藝過程中拍攝的照片； (D) 通過 UFTD 燒結 3YSZ 復合幾何結構；（E）UFTD脫脂原理的示意圖。
通過利用真空熱解和多孔石墨氈快速加熱，UFTD 可加速粘合劑去除，同時保持結構完整性。與傳統方法相比，這一進步可將處理時間縮短 40 到 200 倍，并將能耗降低3,500 倍。UFTD 工藝結合了真空條件和高速加熱循環，可實現高效脫脂。熱分布包括每秒約 100°C 的加熱速率，并在多個溫度下設置特定的停留時間，最終在 1450°C 下燒結 2.5 分鐘。這種優化方法可消除聚合物殘留物，并為氧化鋯部件提供高質量燒結準備，不會出現裂紋或缺陷。
△不同加工階段的樣品比較：(A)-(B) 超快速熱脫脂 (UFTD-30) 工藝后的白色坯體和黑色燒結樣品。(C) 隨后在空氣中進行熱處理 (UFTD) 后顏色轉變為白色。
與傳統的熱脫脂相比，UFTD 顯著減少了時間和能源消耗，而傳統的熱脫脂需要耗時長達 100 小時，并且需要耗費大量能源的燒結工藝。從傳統的熱氧化到真空熱解的轉變加速了聚合物的分解，并有助于快速排出氣體，從而最大限度地減少內部應力、材料浪費和環境影響。
盡管加熱速度很快，UFTD 仍保持了出色的機械性能。UFTD 處理樣品的孔隙率與傳統脫脂部件的孔隙率相當，保持在 4.2% 至4.3%左右。晶粒結構保持良好，UFTD 樣品的晶粒較大，同時維氏硬度高達 15.5 GPa，與傳統工藝相當。
UFTD 方法為需要快速生產周期的行業中的陶瓷開辟了新的可能性，例如牙科應用、航空航天部件和電子精密印刷陶瓷絕緣體。UFTD 代表了陶瓷增材制造的突破，它將脫脂時間從幾天縮短到幾分鐘，同時保持了零件質量。這一進步使 VPP 成為一種高效的工業規模陶瓷生產方法，可確保更快的周轉、更低的成本和最小的能源消耗。
(責任編輯：admin)
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