Resumen de Fabrication and characterisation of ceramics via low-cost DLP 3D printing

Giftymol Varghese, Mónica Moral, Miguel Castro García, Juan José López López, Juan Ramón Marín Rueda, Vicente Yagüe Alcaraz, Lorena Hernández Afonso, Juan Carlos Ruiz-Morales, Jesús Canales Vázquez

• español

  Se ha empleado una técnica de fabricación aditiva basada en la estereolitografía para la producción de cerámicas avanzadas. Se ha diseñado y construido una impresora 3D personalizada empleando como fuente de UV un proyector DLP para fabricar cuerpos verdes a partir de resinas fotosensibles cargadas con el 25-60% en peso de alúmina, 3-YSZ y 8-YSZ. Los cuerpos impresos mostraron estabilidad térmica tras los correspondientes tratamientos de sinterización entre 1.200 y 1.500°C. Como era de esperar, los mayores contenidos de sólido en las resinas dieron lugar a objetos con mayores densidades relativas para cada temperatura de sinterización. El límite de carga sólida en las resinas es aproximadamente un 60%, y por encima de estas cantidades, el contenido extra de cerámico aparece como partículas de polvo débilmente adheridas a los objetos sinterizados. Se empleó la fotogrametría para evaluar la precisión del proceso de impresión 3D donde se puso de manifiesto una marcada diferencia entre el modelo CAD y el objeto impreso, especialmente en la parte superior de los especímenes, posiblemente debido al uso de disolventes volátiles que provocan cambios en las fotorresinas empleadas. Sin embargo, este problema puede paliarse termostatizando el contenedor de la resina de la impresora y/o mediante el empleo de disolventes con mayor punto de ebullición. Los resultados obtenidos sugieren la potencial aplicación de técnicas de impresión 3D DLP de bajo coste para el procesado de cerámicos para aplicaciones como pilas de combustible cerámicas, piezoeléctricos, aplicaciones dentales, etc.

• English

  A stereolithography-based additive manufacturing technique has been used for the fabrication of advanced ceramics. A customised 3D printer using a Digital Light Processing (DLP) projector as UV source has been built to fabricate green bodies from photosensitive resins loaded with 25–60wt% of alumina, 3- and 8-YSZ. The 3D-printed bodies were then sintered in the 1200–1500°C and exhibited thermal stability. As expected, higher ceramic loadings rendered objects with higher density for a given sintering temperature. The limit of solid loading in the resin is approximately 60% and beyond those contents, the extra ceramic appears as powder loosely adhered to the sintered objects. Photogrammetry was used to evaluate the accuracy of the 3D printing process and highlighted a marked deviation between the CAD model and the resulting object, particularly in the top part of the specimens, possibly due to the use of volatile solvents which cause changes in the photoresins used. Nevertheless, that problem may be overcome by thermostatising the printer vat and/or using solvents with higher boiling point. The results obtained suggest the potential application of low cost DLP 3D printing techniques to process ceramics for a number of applications including ceramic fuel cells, piezoelectrics, dental applications, etc