Apakah Anda mempertimbangkan silikon karbida dalam proyek cetak 3D Anda berikutnya? Dengan sifat termal dan mekanisnya yang luar biasa, keramik silikon karbida merevolusi laminasi.
Artikel lengkap ini akan memberikan semua informasi tentang cetakan 3D silikon karbida. Artikel ini akan membahas teknologi dasar, mulai dari aplikasi praktis hingga tindakan pencegahan pembelian.
Karbida silikon : Properti dan Fitur Penting
Pertama-tama, kita akan memahami pentingnya silikon karbida sebagai material rekayasa. Kemudian, kita akan membahas berbagai aspek pencetakan 3D.
Sifat Utama Keramik Karbida Silikon
-
Kekerasan yang sangat baik: Karborundum silikon karbida memiliki tingkat kekerasan 9,5, hampir setara dengan tingkat kekerasan berlian sebesar 10. Tingkat kekerasan ini membuatnya ideal untuk alat pemotong dan bahan abrasif.
-
Tahan suhu tinggi: Karbida silikon tahan terhadap panas ekstrem tanpa meleleh. suhu leleh silikon karbida adalah 2700 °C, membuatnya cocok untuk digunakan pada suhu yang sangat tinggi.
-
Konduktivitas termal: Saat ini, penggunaan silikon karbida sebagai semikonduktor semakin meningkat. Hal ini disebabkan oleh konduktivitas termal SiC tinggi dari silikon karbida, yaitu 120-270 W/M.
-
Stabilitas kimia: Tahan terhadap kerusakan yang disebabkan oleh sebagian besar asam, basa, dan garam. Stabilitas kimianya yang baik penting untuk digunakan sebagai peralatan pemrosesan kimia.
-
Ekspansi termal rendah: Koefisien ekspansi termal SiC (4,0 × 10 ^ -6/K) sangat rendah. Bentuknya tetap sama meskipun suhu berubah.
-
Kepadatan: Itu Kepadatan SiC Berat jenis logam ini biasanya 3,1 hingga 3,2 g/cm3, yang lebih ringan daripada banyak logam lainnya namun tetap kuat.
Struktur dan Bentuk Kristal
Kristal silikon karbida Struktur mencakup lebih dari 200 bentuk (politipe). Yang paling umum adalah:
-
SiC tipe Alfa: Struktur kristal kristal enam arah adalah yang paling stabil dan umum digunakan dalam industri.
-
SiC tipe Beta:. Beta SiC terbentuk pada suhu di bawah 1700 ° C. Struktur kristalnya mirip dengan berlian. Jenis Beta memiliki penggunaan komersial yang relatif sedikit.
Itu Struktur SiC secara langsung memengaruhi sifat mekanik dan listrik. Perbedaan pola kristal membawa berbagai keuntungan pada aplikasi tertentu.
Keramik Karbida Silikon Percetakan 3D Metode
Beberapa Pencetakan keramik 3D Teknologi ini digunakan untuk mengembangkan keramik berbasis SiC. Setiap metode memiliki kelebihan dan keterbatasannya.
Litografi stereo untuk SiC (SLA)
Proses ini menggunakan campuran resin photosetting dan bubuk SiC. Langkah-langkahnya adalah sebagai berikut:
-
Buat campuran bubuk SiC dan polimer fotosensitif
-
Gunakan laser untuk menyembuhkan resin dan membangun bentuk untuk setiap lapisan
-
Menghapus polimer dengan pemanasan
-
Pemanasan pada suhu tinggi (1400-2000 ° C) untuk membuat bagian keramik akhir
SLA menghasilkan permukaan yang halus dan detail yang halus. Namun, ada masalah dengan kepadatan dan kualitas akhir komponen.
Integrasi Osmosis Uap Kimia (CVI)
Teknologi canggih yang menggabungkan pencetakan jet binder dan metode penetrasi fase uap kimia menghasilkan kristal SiC lengkap dengan kemurnian tinggi. Berkat proses ini, konduktivitas termalnya adalah 37W/ (m·K), kekuatan tekuknya adalah 297 MPa, dan suhu kerja maksimumnya adalah 1000 °C. Metode ini menyediakan material bermutu nuklir berkualitas tinggi yang penting untuk aplikasi suhu tinggi.
Pengikat Jetting (untuk SiC)
Teknik ini bekerja dengan
-
Sebarkan lapisan tipis bubuk SiC
-
Tambahkan pengikat ke bagian bubuk yang dipilih
-
Ulangi ini untuk membuat bagian yang lengkap
-
Hapus pengikat dan perkuat bagian dengan pasca-perawatan dengan pemanasan
Pengaliran binder memungkinkan kecepatan produksi yang lebih cepat dan pembentukan yang lebih baik. Namun, hal ini dapat menghasilkan kepadatan komponen yang lebih rendah dibandingkan metode lainnya.
Karbida Silikon Reaksi Kopel (RBSiC)
Dengan teknologi powder bed yang canggih, kami memproduksi penetrasi silikon berikatan reaktif SiC dengan kekerasan yang mendekati berlian. Proses ini memungkinkan pemotongan bagian yang terpotong dan berongga, dan suhu kerja maksimum melebihi 1400 ° C, tetapi silikon residual tetap menjadi tantangan.
Pencahayaan Tinta Langsung (DIW) untuk SiC
Metode ini menggunakan hal berikut:
-
“Tinta” SiC seperti pasta dengan kontrol karakteristik aliran
-
Tekan langsung melalui nosel dan bentuk struktur per lapisan
-
Pengeringan yang hati-hati untuk mempertahankan bentuk
-
Pemanasan suhu tinggi untuk mendapatkan sifat akhir
DIW memiliki sangat sedikit pemborosan material, tetapi ada batasan pada pembentukan bentuk yang sangat detail.
Pembuatan Filamen Fused untuk SiC (FFF)
Pendekatan terobosan untuk menggunakan filamen yang diisi dengan 67.6% SiC, yang berjalan pada printer FFF standar. Metode ini hanya memerlukan nosel baja keras 0,6 mm, yang dapat dicetak seperti PLA biasa, dan keramik 100% diproduksi setelah sintering. Dengan kepadatan 1,9 g/cc, komponen keramik dapat diproduksi dengan printer arsitektur terbuka apa pun
Sintering Laser Selektif SiC (SLS)
Metode ini melibatkan
-
Sebarkan lapisan tipis bubuk SiC
-
Lelehkan area tertentu menggunakan laser berdaya tinggi
-
Membangun Bagian Berdasarkan Lapisan
-
Perawatan pasca untuk meningkatkan kepadatan dan hasil akhir permukaan
SLS dapat menciptakan bentuk yang rumit. Namun, SLS kesulitan mencapai kepadatan penuh dengan komponen keramik.
Tantangan Pencetakan 3D Keramik SiC
Ada kemajuan signifikan dalam metode pencetakan 3D Keramik SiC baru-baru ini. Masih ada beberapa keterbatasan.
Tantangan Teknis
-
Pencapaian kepadatan penuh: Ini adalah salah satu tantangan utama. Sebagian besar komponen SiC memerlukan pemrosesan ekstra untuk mencapai kepadatan. pencetakan 3D SiC Proses mencapai kepadatan teoritis 95-98% tanpa pemrosesan tambahan. Hal ini dapat mengakibatkan sifat mekanis struktur yang buruk.
-
Kontrol penyusutan: Faktor-faktor yang memengaruhi penyusutan meliputi suhu, tekanan, ukuran partikel, dan laju pendinginan. Penyusutan menyulitkan untuk mempertahankan keakuratan dimensi. Laju penyusutan secara umum adalah 15% hingga 20%.
-
Kekasaran permukaan: Kekasaran permukaan merupakan salah satu tantangan lainnya. Permukaan yang kasar seringkali membutuhkan finishing tambahan agar menjadi halus.
-
Cacat internal: Selama pencetakan dan pemanasan, retakan dan pori-pori muncul pada produk. Cacat ini melemahkan struktur keseluruhan.
Tantangan Material
-
Karakteristik bubuk:. Kualitas serbuk SiC bergantung pada ukuran partikel, distribusi, dan kemurnian. Faktor-faktor ini sangat memengaruhi kualitas cetak dan sifat akhir.
-
Kompatibilitas binder:. Pengikat adalah lem yang menyatukan serbuk keramik. Sulit untuk menemukan pengikat yang kompatibel dengan serbuk SiC.
Kemajuan Terbaru dalam Percetakan 3D Karbida Silikon
Penelitian dan pengembangan terus ditingkatkan pencetakan 3D SiC kemampuan:
Pemrosesan Komposit:. Dengan menggabungkan pencetakan 3D dengan metode pemrosesan konvensional, kita bisa mendapatkan hasil yang luar biasa. Misalnya, kita bisa membuat bentuk awal dengan pencetakan 3D. Lalu dengan menggunakan pengepresan panas, kita bisa mendapatkan kepadatan yang hampir sempurna.
Campuran Baru:. Peneliti menggunakan berbagai bahan kimia yang meningkatkan kinerja pencetakan dan pemanasan. Beberapa komposisi mengandung aditif yang menurunkan suhu pemrosesan yang dibutuhkan.
Pencetakan multi-material: Melalui percobaan sekarang memungkinkan untuk mencetak SiC dengan keramik lainnya termasuk pencetakan 3D aluminium kombinasi dan logam. Hal ini memungkinkan pencampuran struktur dengan sifat yang disesuaikan untuk aplikasi tertentu.
Aplikasi Industri dan Tren Pasar
Pencetakan 3d silikon karbida sedang berkembang di berbagai industri:
Dirgantara dan Pertahanan
-
Komponen ringan tahan suhu tinggi untuk mesin pesawat terbang
-
Pelindung panas untuk pesawat ruang angkasa
-
Saluran pendingin kompleks nosel roket
-
Struktur transmisi radar dengan ketahanan panas tinggi
-
Komponen yang dioptimalkan secara topologi mengurangi massa dan meningkatkan kinerja
Teknologi Reaktor
3D Print SiC menggabungkan pencetakan binder jet dengan CVI untuk penahanan partikel bahan bakar TRISO dan digunakan sebagai matriks bahan bakar untuk reaktor tantangan transformasional. Aplikasi ini menunjukkan ketahanan iradiasi neutron yang sangat baik hingga 2,3 dpa tanpa penurunan kekuatan.
Aplikasi Elektronika Daya Tinggi
Keramik SiC konduktif cetak 3D memungkinkan aplikasi pada elektroda struktural dan komponen listrik yang memerlukan pembuangan panas yang efisien. Material ini mempertahankan keandalan listrik di atas 600 ° C karena karakteristik celah pita yang lebar.
Pembuatan Semikonduktor
Ketahanan aus, kemurnian, dan sifat termal menjadikan silikon karbida sebagai semikonduktor yang baik. keramik semikonduktor industri, peralatan pemrosesan wafer menggunakan komponen SiC. karbida 3D komponen seperti silikon karbida memberikan solusi khusus seperti:
-
Pembawa wafer dan perahu
-
Bagian difusi gas
-
Bagian tahan plasma
-
Pemegang khusus untuk pemrosesan wafer silikon
Revolusi Pengecoran Investasi
Cetakan SiC memiliki massa termal yang lebih kecil dan konduktivitas termal yang lebih tinggi daripada material konvensional, yang mengurangi pasca-perlakuan, meningkatkan penyelesaian permukaan, dan meningkatkan efisiensi pengecoran. Hal ini meningkatkan pengepakan ruang dalam tungku dengan volume terbatas.
Industri Otomotif
Cakram rem dan komponen kopling otomotif berkinerja tinggi dengan daya tahan yang ditingkatkan untuk aplikasi manajemen termal.
Medan Energi
-
Bagian-Bagian Energi Surya
-
Casing Bahan Bakar Nuklir
-
Penukar panas suhu tinggi
-
Bagian-bagian turbin untuk pembangkit listrik
Pengolahan Kimia
-
Katup dan pompa anti korosi
-
Wadah Reaksi Kustom
-
Dukungan katalis dengan bentuk internal yang kompleks
-
Penukar panas lingkungan yang keras
-
Mixer statis dengan fitur internal yang tidak mungkin dilakukan dengan metode konvensional
Aplikasi Pertahanan
Pakaian pelindung diri dengan tingkat kekerasan Mohs 9,5 memberikan perlindungan yang tak tertandingi terhadap serangan tumpul dan guncangan balistik. Fleksibilitas semburan gabungan memungkinkan perlindungan yang pas tanpa jamur.
Pertimbangan Biaya dan Pengembalian Investasi
Biaya dan ROI penggunaan cetakan 3D silikon karbida bergantung pada beberapa faktor.
Volume Produksi:. Untuk produksi komponen kompleks dalam skala kecil, biaya pencetakan 3D seringkali lebih rendah. Sementara metode produksi tradisional mahal karena menggunakan cetakan yang mahal. Sedangkan, untuk produksi massal, teknik konvensional bisa lebih hemat biaya.
Kompleksitas desain:. Nilai sebenarnya dari cetakan 3D SiC berasal dari pembuatan desain yang rumit. Desain-desain ini tidak mungkin dibuat dengan metode tradisional. Nilai saluran pendingin yang rumit, struktur internal, dan desain khusus sepadan dengan biayanya.
Penggunaan bahan:. Pencetakan 3D umumnya menggunakan bahan lebih efisien daripada metode manufaktur berbasis pemotongan. Hal ini terutama penting mengingat tingginya biaya bubuk SiC (biasanya 50-150 dolar per kg, tergantung pada mutu dan kemurnian).
Penggerak ROI
-
Hilangkan perkakas mahal untuk bentuk yang rumit
-
Memperpendek waktu tunggu dari beberapa minggu menjadi beberapa hari
-
Biaya kepemilikan total yang lebih rendah untuk komponen berkinerja tinggi
-
Memungkinkan kustomisasi massal untuk aplikasi khusus
Arah Masa Depan
Bidang Pencetakan 3d silikon karbida terus tumbuh:
Integrasi Proses: Otomatisasi dan integrasi seluruh proses manufaktur meningkatkan konsistensi dan mengurangi biaya.
Pemantauan waktu nyata:. Teknologi pemantauan canggih selama pencetakan memungkinkan kontrol kualitas dan perubahan proses secara instan. Teknologi ini mengurangi cacat dan meningkatkan konsistensi komponen.
Aplikasi Baru:. Seiring dengan peningkatan teknologi, aplikasi baru terus bermunculan. Bidang-bidang ini membutuhkan keramik berkinerja tinggi yang disesuaikan, terutama untuk lingkungan yang keras.
Solusi Skalabilitas: Produsen terkemuka seperti Saint-Gobain menggunakan sistem pengikat jet yang canggih untuk meneliti, mengembangkan, dan meningkatkan skala aplikasi komersial mulai dari penelitian laboratorium hingga produksi skala penuh.
Pemikiran Akhir
Pencetakan 3D silikon karbida memungkinkan untuk membuat komponen yang kompleks dan berkinerja tinggi. keramik teknis ditujukan untuk lingkungan ekstrem. Meskipun ada tantangan dalam pemrosesan, teknologi ini terus berkembang. SiC merupakan pilihan yang layak dalam industri yang menuntut, semikonduktor, dan aplikasi kedirgantaraan.
Kontak GGS Keramik hari ini untuk mengubah desain rumit Anda menjadi kenyataan dan menjadi kompetitif dengan keahlian keramik kami yang canggih.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
Bisakah saya mencetak silikon karbida?
Kami dapat mencetak silikon karbida menggunakan metode binder jetting, SLA, DIW atau FFF dengan filamen SiC 67.6%. Hal ini memungkinkan kami untuk memproduksi komponen berkekuatan tinggi dan bersuhu tinggi untuk aplikasi tingkat lanjut. Versi konduktif listrik juga tersedia.
Jenis metode pencetakan 3D apa yang menggunakan material keramik?
Binder jetting, stereo lithography (SLA), direct ink drawing techniques (DIT) dan fused filament fabrication (FFF) merupakan tiga teknik utama. Teknik-teknik ini dapat digunakan untuk Keramik cetak 3D seperti silikon karbida.
Bagaimana cara kerja pencetakan 3D silikon?
Cetakan 3D silikon menggunakan SLA atau cetakan ekstrusi untuk membuat komponen yang lembut dan fleksibel. Hal ini sangat berbeda dengan penggunaan silikon karbida pada komponen yang keras dan kuat.
Apa kegunaan silikon karbida dalam keramik?
Silikon karbida digunakan untuk membuat komponen keramik dengan ketahanan panas, keausan, dan kimia yang sangat baik. Karbida silikon umum digunakan dalam bidang kedirgantaraan, semikonduktor, sistem energi, reaktor nuklir, dan peralatan pelindung pribadi.
Bagaimana keramik silikon karbida dibuat?
Keramik silikon karbida dibuat dengan melaminasi bubuk atau pasta SiC. Kemudian disinter atau ditembus untuk memastikan kekuatan dan ketahanan. Metode canggih meliputi integrasi CVI dan pemrosesan tekanan atmosfer untuk mencapai kualitas yang sangat baik.