Optimalizace 3D tisku a post-processingu pokročilé keramiky na bázi kalcium fosfátu

Abstract

Diplomová práce se zabývá přípravou hydroxyapatitových těles metodou aditivní výroby Lithography based ceramics manufacturing – LCM. Pro 3D tisk keramických těles byla použita fotocitlivá suspenze s hydroxyapatitovými částicemi. Byl zkoumán vliv parametrů tisku na výslednou makrostrukturu i mikrostrukturu, hustotu a rozměrovou přesnost. Snahou bylo získat hutné součástky po tepelném zpracování bez delaminace vrstev a optimalizovat následné technologické kroky: čištění a tepelné zpracování. Pozorováním mikrostruktury byla objevena mikroporozita na rozhraní tisknutých vrstev, která mohla způsobovat delaminaci vrstev. Pomocí vysokoteplotní dilatometrie byla zjištěna různá teplota začátku zhutňování ve směru podélném a kolmém na vrstvy, což by mohl být iniciační mechanismus pozorované delaminace vrstev. Rentgenovou difrakční analýzou bylo prokázáno jednofázové složení použitého prášku i u slinutých součástí. Ze získaných informací optimalizace čistícího procesu těles po 3D tisku byl jako vhodný čisticí prostředek navrhnut komerční produkt LithaSol 20 a efektivnější způsob čištění v ultrazvuku. Na základě termogravimetrické analýzy byl optimalizován cyklus tepelného zpracování, který při zachování hustoty, rozměrů a makrostruktury 3D tisknutých těles vedl k časové úspoře 49 hodin.The diploma thesis is related to the preparation of hydroxyapatite complex structures by additive manufacturing known as Lithography based ceramics manufacturing – LCM. A photosensitive suspension containing hydroxyapatite particles was used for 3D printing of ceramic complex structures. The influence of printing parameters on the resulting macrostructure, microstructure, density, and dimensional accuracy was evaluated. The aim was to obtain ceramic components without delamination of the layers and optimise following post-processing steps (cleaning and thermal treatment). It was found that the exposure time has a significant effect on the dimensional accuracy of printed parts. During observation microstructure of printed parts, a microporosity at the interface of printed layers, which can cause delamination of several layers was identified. High-temperature dilatometry showed different temperature of beginning densification process in the longitudinal and perpendicular directions to the layers. That could be an initiation mechanism for delamination of the layers. X-ray diffraction analysis determined a single-phase composition of powder in photosensitive suspension and sintered parts. A commercial product LithaSol 20 was suggested as a suitable cleaning agent and efficiency of the ultrasound field for cleaning was demonstrated. Based on the thermogravimetric analysis an optimized cycle of heat treatment was designed. The optimisation led to time saving (49 hours), while maintaining density, dimensional accuracy and macrostructure of the 3D printed structures.