로보캐스트

Robocasting

로보캐스트(로봇 재료 압출이라고도 함)는 Direct Ink Writing(직접 잉크 쓰기) 및 기타 압출 기반 3D 프린팅 기술과 유사한 적층 제조 기술로,[2] 노즐이 플랫폼을 가로질러 이동하면서 페이스트와 같은 재료의 필라멘트를 작은 노즐에서 압출합니다.따라서 오브젝트는 필요한 모양을 레이어별로 인쇄하여 작성됩니다.이 기술은 기하학적으로 복잡한 세라믹 그린 바디를 적층 [3]제조에 의해 생산하기 위한 방법으로 1996년 미국에서 처음 개발되었습니다.로보캐스트에서 3D CAD 모델은 다른 적층 제조 기술과 유사한 방식으로 여러 층으로 나뉩니다.재료(일반적으로 세라믹 슬러리)는 노즐의 위치가 제어될 때 작은 노즐을 통해 압출되어 CAD 모델의 각 층의 모양을 그립니다.이 재료는 액체 상태의 노즐에서 나오지만, 전단 솎아내기라는 레올로지 특성을 이용하여 즉시 형태를 유지합니다.압출 후 형태를 유지하기 위해 응고 또는 건조에 의존하지 않기 때문에 융착 모델링과는 구별됩니다.

과정

로보캐스트는 소프트웨어 프로세스에서 시작됩니다.STL 파일을 Import하여 노즐 직경과 유사한 두께의 층으로 슬라이스하는 방법이 있습니다.부품은 첫 번째 층을 채우는 데 필요한 모양으로 연속된 재료 필라멘트를 압출하여 생산됩니다.다음으로 스테이지가 아래로 이동하거나 노즐이 위로 이동하여 다음 층이 필요한 패턴으로 퇴적된다.이것은 3D 부품이 완성될 때까지 반복됩니다.수치 제어 메커니즘은 일반적으로 컴퓨터 지원 제조(CAM) 소프트웨어 패키지에 의해 생성된 계산된 공구 경로로 노즐을 이동시키기 위해 사용됩니다.스테퍼 모터 또는 서보 모터는 일반적으로 [4]나노미터만큼 정밀하게 노즐을 이동시키기 위해 사용됩니다.

이 부품은 일반적으로 매우 연약하고 부드럽습니다.일반적으로 건조, 디바인딩 및 소결은 부품에 원하는 기계적 특성을 부여하기 위해 뒤따릅니다.

재료 구성, 인쇄 속도 및 인쇄 환경에 따라 로보캐스트는 일반적으로 필라멘트 직경의 몇 배 길이의 중간 정도의 돌출부 및 큰 스패닝 영역에 대처할 수 있습니다.이 경우,[5] 구조물은 아래에서 지탱할 수 없습니다.이를 통해 복잡한 주기적인 3D 스캐폴드를 쉽게 인쇄할 수 있습니다. 이는 다른 적층 제조 기법이 보유하지 않은 기능입니다.이 부품들은 광결정, 뼈 이식, 촉매 지지체, 필터 분야에서 많은 가능성을 보여 왔다.또한 쉽게 제거할 수 있는 '부적재'에서 지지구조물을 인쇄할 수도 있다.이것에 의해, 거의 모든 도형을 어느 방향으로도 인쇄할 수 있습니다.

적용들

로보캐스팅에 의해 만들어진 심플한 알루미나 지오메트리의 배열입니다.

이 기술은 깨지기 쉽고 소결되기 전에 대부분의 용도로 사용하기 전에 소결되어야 하는 비밀도 세라믹 본체를 만들 수 있습니다. 이는 소성하기 전에 젖은 점토 세라믹 냄비와 유사합니다.이 기술에서는 솔리드 모노리식[2] 부품부터 복잡한 마이크로스케일 "scaffold"[6] 및 맞춤형 복합 [7]재료에 이르기까지 매우 다양한 기하학적 구조를 형성할 수 있습니다.로보캐스트를 위해 고도로 연구된 응용 분야는 생물학적으로 호환되는 조직 이식물의 생산이다."목재"를 쌓아 올린 격자 구조물은 인체에서 뼈와 다른 조직들이 자랄 수 있게 하고 결국 이식을 대체할 수 있게 하는 꽤 쉽게 형성될 수 있다.다양한 의료 스캔 기술을 사용하여 결손된 조직의 정확한 형태를 확인하고 3D 모델링 소프트웨어에 입력하고 인쇄했습니다.인산칼슘 안경과 히드록시아파타이트는 생체적합성과 [8]뼈와의 구조적 유사성으로 인해 후보물질로 광범위하게 연구되어 왔다.다른 잠재적 응용 분야로는 촉매층 또는 연료 전지 [9]전해질 같은 특정 표면적 구조의 생산이 포함됩니다.금속 매트릭스 및 세라믹 매트릭스 하중 지지 복합 재료는 목재 본체에 용융 유리, 합금 또는 슬러리를 침투시켜 형성할 수 있습니다.

로보캐스트는 또한 세라믹 [4]잉크로 가능한 것보다 훨씬 더 미세한 노즐 직경(2μm 미만)을 통해 폴리머 및 솔겔 잉크를 퇴적시키는 데 사용되었습니다.

레퍼런스

  1. ^ ASTM ISO/ASTM52900-15 적층 제조용 표준 용어– 일반 원칙 – 용어집, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2015, https://doi.org/10.1520/ISOASTM52900-15
  2. ^ a b Feilden, Ezra (2016). "Robocasting of structural ceramic parts with hydrogel inks". Journal of the European Ceramic Society. 36 (10): 2525–2533. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2016.03.001. hdl:10044/1/29973.
  3. ^ Stuecker, J (2004). "Advanced Support Structures for Enhanced Catalytic Activity". Industrial & Engineering Chemistry Research. 43 (1): 51–55. doi:10.1021/ie030291v.
  4. ^ a b Xu, Mingjie; Gratson, Gregory M.; Duoss, Eric B.; Shepherd, Robert F.; Lewis, Jennifer A. (2006). "Biomimetic silicification of 3D polyamine-rich scaffolds assembled by direct ink writing". Soft Matter. 2 (3): 205–209. doi:10.1039/b517278k. ISSN 1744-683X. PMID 32646146.
  5. ^ Smay, James E.; Cesarano, Joseph; Lewis, Jennifer A. (2002). "Colloidal Inks for Directed Assembly of 3-D Periodic Structures". Langmuir. 18 (14): 5429–5437. doi:10.1021/la0257135. ISSN 0743-7463.
  6. ^ Lewis, Jennifer (2006). "Direct Ink Writing of 3D Functional Materials". Advanced Functional Materials. 16 (17): 2193–2204. doi:10.1002/adfm.200600434.
  7. ^ Feilden, Ezra; Ferraro, Claudio; Zhang, Qinghua; García-Tuñón, Esther; D’Elia, Eleonora; Giuliani, Finn; Vandeperre, Luc; Saiz, Eduardo (2017). "3D Printing Bioinspired Ceramic Composites". Scientific Reports. 7 (1): 13759. doi:10.1038/s41598-017-14236-9. ISSN 2045-2322. PMC 5653810. PMID 29062036.
  8. ^ Miranda, P (2008). "Mechanical properties of calcium phosphate scaffolds fabricated by robocasting". Journal of Biomedical Materials Research Part A. 85 (1): 218–227. doi:10.1002/jbm.a.31587. PMID 17688280.
  9. ^ Kuhn, M.; Napporn, T.; Meunier, M.; Vengallatore, S.; Therriault, D. (2008). "Direct-write microfabrication of single-chamber micro solid oxide fuel cells". Journal of Micromechanics and Microengineering. 18: 015005. doi:10.1088/0960-1317/18/1/015005.

외부 링크