Abstract3D ゲル印刷 (3DGP) は、金屬スラリーを?qū)婴搐趣硕逊eおよびゲル化することによって 3D コンポーネントを構(gòu)築する新しい製造技術(shù)です。ここで、４７?５６ｖｏｌ１ＴＰ２Ｔ ＷＣ?２０Ｃｏの固體負(fù)荷を有するヒドロキシエチルメタクリレート（ＨＥＭＡ）ベースのスラリーが、３ＤＧＰによって直接形成され、次いで真空オーブン內(nèi)で焼結(jié)された。 WC-20Co スラリーは、適切な流動(dòng)性とせん斷減粘性を示し、3DGP 成形プロセスに有利です。印刷ブランクの表面粗さと寸法精度に及ぼす3DGP処理パラメータ(印刷內(nèi)徑と充填率など)の影響を研究した。 WC‐20Coスラリーのレオロジー特性,焼結(jié)密度,焼結(jié)密度および機(jī)械的性質(zhì)に及ぼす固體負(fù)荷の影響を研究した。結(jié)果は、適切な精度と均一な微細(xì)構(gòu)造で、サンプルを良好な形狀で印刷できることを示しています。焼結(jié)されたサンプルは、良好な形狀保持と均一な微細(xì)構(gòu)造を備えています。最高のサンプル密度、硬度、および抗折強(qiáng)度は、それぞれ 13.55 g / cm3、HRA 87.7 および 2612.8 MPa でした。 3DGP には、複雑な形狀の WC-20Co 要素のニアネット シェーピングにおいて獨(dú)自の利點(diǎn)があります。 1. はじめにWC-Co 超硬合金は、連続した Co マトリックスに埋め込まれた硬質(zhì) WC 粒子で構(gòu)成され、最も重要な金屬マトリックス複合材料の 1 つです。それらは現(xiàn)在、穴あけ工具、切削工具、プレス金型、摩耗部品、その他の特殊部品として広く使用されています。 WC 粒子の不融性により、超硬合金は通常、WC-Co 粉末成形體の液相焼結(jié)が発生する粉末冶金 (PM) プロセスを使用して製造されます。製品の形狀の複雑さは、金型構(gòu)造によって大きく制限されます。さらに、WC-Co 超硬合金の高い硬度と強(qiáng)度-靭性の特性のために、WC-Co 超硬合金を加工することは困難です。複雑な形狀の超硬部品を製造するために従來(lái)の方法を使用することは、大きな課題です。近年、ニアネットシェイプや複雑な部品の製造に適した付加製造 (AM) 技術(shù)が開(kāi)発され、次のようないくつかの金屬材料の製造に適用されています。ステンレス鋼、チタン、チタン合金、アルミニウム合金 (SLM) など。ダイレクトメタルレーザー焼結(jié)（DMLS）、電子ビーム溶融（EBM）などが代表的かつ主流の技術(shù)です。レーザー エンジニアリング ネットワーク フォーミング (LENS) は、複雑な形狀とほぼ完全に高密度の部品を生成できます。これらの AM プロセスでは、パーツが構(gòu)築されるまで、金屬粉末がレーザー/電子ビームによって層ごとに選択的に積層されます。ただし、WC-Co 超硬合金の積層造形に関する研究はほとんどありません。まず、WC-Co 超硬合金は WC 粒子と Co マトリックス材料で構(gòu)成されており、2 つの材料の融點(diǎn)は大きく異なります。 WC-Co粉末がCoの融點(diǎn)まで加熱されると、WC粒子は固體狀態(tài)のままです。粉末はさらに加熱され、Co が蒸発し始めます。部分的な溶融は、製品の密度を低下させます。この問(wèn)題を解決するために、一部の研究者は、低融點(diǎn)金屬などのバインダーを追加しようとしました。グー等。 Cu 粉末と WC-10Co 粉末を 60:40 の重量比で混合し，DMLS を用いて 50 mm × 10 mm × 9 mm のサンプルを作製した． Cu の量が多いため、このサンプルの相対密度は 94.3% に達(dá)しました。第二に、これらの粉末床融合技術(shù)には、使用する粉末に関する特定の要件があります。 SLM および EBM プロセスでは、金屬粉末がローラーを通って伝播しますが、DMLS および LENS には通常、同期粉末供給システムが裝備されています。均一で薄い粉體層を得るためには、いずれの粉體供給方式でも流動(dòng)性の良い微粉と球狀粉が必要です。市販の不規(guī)則な形狀の WC-Co 粉末は、これらの要件を満たしていません。さらに、レーザー/電子ビーム加熱および冷卻 (すなわち、焼結(jié)プロセス) は非常に高速です。液相に溶解できる WC 粒子はごくわずかです。不完全な焼結(jié)は、製品の性能を低下させる可能性があります。最後に、上記の技術(shù)は高真空または不活性ガス保護(hù)システムを必要とし、コストがかかり、脫炭とコバルトの蒸発を伴います。クマら。 LENSプロセス中に発生した炭素?fù)p失を補(bǔ)うために、粉末原料に十分な遊離炭素がないことがわかりました。上記の技術(shù)は多くの複雑な部品を製造できますが、WC-Co 超硬合金の製造には適していない場(chǎng)合があります。 WC-Co超硬合金の製造における従來(lái)の方法の制限と上記のAM技術(shù)の問(wèn)題を解決するために、3Dゲル印刷(3DGP)と呼ばれる新しいAMプロセスが提案されました。 3DGP は、ゲル射出成形を溶融堆積モデル (FDM) と組み合わせ、3D モデルを 3D ソリッドに変換する機(jī)能を備えています。図 1(a) は、設(shè)計(jì)した 3DGP デバイスを示しています。図 1(b) は、デバイスの押出および堆積システムの拡大図を示しています。まず、設(shè)計(jì)された 3D モデルが一連の 2D スライスにカットされます。次に、有機(jī)モノマー溶液中の粉末スラリーを「インク」として使用し、圧縮空気の特定の圧力下で 3D GP 裝置のスクリュー押出機(jī)に搬送します。同時(shí)に、開(kāi)始剤と觸媒が同じスクリュー押出機(jī)に比率で供給されます。材料は完全に混合され、ノズルから押し出され、印刷プラットフォームに堆積されます。短時(shí)間の後、有機(jī)モノマーは架橋され、固體粉末は三次元架橋ポリマーによって所定の位置に保持されます。このようにして、スラリーは層ごとに選択的に堆積され、3D モデルの事前に構(gòu)築された各 2D スライスと一致します。最終的に、三次元構(gòu)造の未焼成體が得られる。印刷プロセス中のグリーンの崩壊を回避するために、印刷プラットフォームは靜止したままであり、3DGP デバイスのプリント ヘッドは、従來(lái)の FDM デバイスとは異なる X、Y、および Z 軸に沿って移動(dòng)できます。従來(lái)の FDM デバイスと同様に、新しいデバイスには、柔軟な成形、シンプルな構(gòu)造、および正確な制御という利點(diǎn)があります。乾燥後、グリーンボディは脫脂され、真空または大気爐で焼結(jié)されます。 (d) セリシン フィラメントの堆積。ゲル キャスティングは、WC-8 wt%Co、17-4PH ステンレス鋼、高溫合金、Al2O3、Si3N4、SiC など、さまざまな金屬材料やセラミックスの製造に使用されています。これは、さまざまな材料粉末が有機(jī)モノマー溶液に安定して分散および懸濁できることを証明しています。つまり、3DGP は、金屬、金屬合金、金屬マトリックス複合材料、およびセラミックスを含む多くの材料を形成する大きな可能性を秘めています。複雑な超硬部品に対する現(xiàn)在の需要は常に増加しています。 WC-20Coは代表的な超硬合金です。この研究では、WC-20Co スラリーを印刷可能なインクとして使用し、WC-20Co コンポーネントの積層造形を 3DGP で研究しました。目的は、WC-20Co複合部品の高密度で高い機(jī)械的特性を製造し、WC-Co硬質(zhì)合金部品のニアネットシェーピングにおける3DGPの実現(xiàn)可能性と実用性を研究することです.2.準(zhǔn)備2.1。 WC-20Co スラリーの調(diào)製 平均粒徑 2.7 μm の市販の WC 粉末と平均粒徑 46.5 μm の Co 粉末を使用しました。図2（a）と（b）は、それぞれWC粉末とCo粉末の外観を示しています。これらの原材料は、ＷＣ対Ｃｏの重量比が８０：２０であるボールミリング混合物と、重量比５：１でＷＣ－２０Ｃｏ粉末と混合された超硬ボールとを使用して混合された。図 2(c) は、24 時(shí)間粉砕した後の WC-20Co 複合粉末を示しています。 2 粉末材料の形態(tài): (a) WC 粉末、(b) Co 粉末、および (c) WC-20Co 複合粉末。コバルトの酸化を防ぐために、非ヒドロゲル系が設(shè)計(jì)されました。溶媒および有機(jī)モノマーとして、トルエンおよびメタクリル酸ヒドロキシエチル (CH2=C(CH3)COOCH2CH2OH、HEMA) を選択しました。表 1 に、WC-20Co スラリーに使用されるゲル システムを示します。 表 1. WC-20Co スラリー用の化學(xué)試薬システム。過(guò)酸化ベンゾイル (BPO) ジメチル アニリン (TEMED) 実験で使用した試薬はすべて分析的に純粋でした。まず、HEMA (モノマー) と N,N'-メチレン-ビスアクリルアミド (架橋剤) を 80:1 の重量比で混合し、次に、ＨＥＭＡの體積で５０１ＴＰ２Ｔの濃度でトルエンに溶解して、前処理を調(diào)製した。混合。次に、予備混合溶液に WC-20Co 粉末を分散させることにより、異なる固形分量のスラリーを調(diào)製しました。分散剤 Solsperse-6000 (ICI Co. USA、非毒性) を一定の割合で同時(shí)に添加しました。次いで、これらのＷＣ－２０Ｃｏ懸濁液を２時(shí)間ボールミル粉砕して、均一なスラリーを得た。２．２． 3D ゲル印刷プロセス上記の WC-20Co スラリーは、適切な圧力下で 3D GP デバイスに送られました。ここでは、內(nèi)徑が０．５、０．６、および０．７ｍｍの３つのノズルが使用される。表 2 に 3DGP プロセスの印刷條件を示します。これらの印刷パラメータに基づいて、ベベル カッターを例に取り、いくつかの長(zhǎng)方形のサンプルを準(zhǔn)備して分析し、3DGP の精度と表面狀態(tài)を決定しました。 ３Ｄゲル印刷プロセスの後、グリーン體を真空オーブン內(nèi)で６０℃で８時(shí)間乾燥させた。乾燥したグリーン體を７００℃で１時(shí)間脫脂し、最後に真空カーボンチューブ爐（真空＜２Ｐａ）で１３６０℃で１時(shí)間焼結(jié)した。厚紙印刷速度1 0.50mm 0.35mm 28mm/s2 0.60mm 0.45mm 28mm/s3 0.70mm 0.55mm 28mm/s2.3.測(cè)定 WC-20Co スラリーの粘度は、25°C で NDJ-79 回転粘度計(jì)を使用してテストされました。熱重量分析 (TGA) と示差熱分析 (DTA) を使用して、高純度アルゴン流下で加熱速度が 10 °C/min の場(chǎng)合の有機(jī)バインダーの熱重量損失と分解速度を調(diào)べました。アルキメデスの原理を使用して、グリーン密度と焼結(jié)密度を測(cè)定しました。レーザー走査型共焦點(diǎn)顕微鏡を使用して、3DGP グリーン ボディの表面粗さ、外観、および斷面形態(tài)を観察しました。 WC-20Co粉末の外観と、未加工および焼結(jié)サンプルの微細(xì)構(gòu)造を走査型電子顕微鏡で観察しました。焼結(jié)されたサンプルの硬度は、ダイヤモンド コーンと 60 kg 荷重を備えたロックウェル硬度計(jì)を使用してテストされました。 5mm×5mm×35mmに切斷した焼結(jié)試験片を電子萬(wàn)能試験機(jī)にて10mm/minの負(fù)荷速度で曲げ試験を行った。報(bào)告されたデータの各セットは、3 ～ 5 個(gè)のサンプルから得られた屬性に基づいています。結(jié)果と考察3.1. WC-20Co スラリーのレオロジー挙動(dòng)とゲル化プロセス スラリーの品質(zhì)は、固體負(fù)荷と粘度という 2 つの重要な要素に依存します。図。図３は、２０ｓ －１ のせん斷速度でのＷＣ－２０Ｃｏスラリーの粘度に対する固體裝填の効果を示す。スラリーの粘度は、固形物を添加すると増加します。ゲル射出成形の粘度要件 (通常 < 1 Pa·s) とは異なり、3DGP プロセスではより高い粘度 (より高い固形分を意味する) を使用できます。 3DGP ペーストは型に充填する必要はありませんが、ノズルから押し出すことができるように、ある程度の流動(dòng)性 (通常 <3 Pa·s) があれば十分です。ただし、粘度が高すぎると、WC-20Co ペーストの押し出しが妨げられる場(chǎng)合があります。たとえば、59 vol% の固形分を含むスラリーは、粘性が高すぎて押し出すことができません。この研究では、47、50、53、および 56 vol% の 4 つの異なる固體充填 WC-20Co スラリーが 3DGP によって直接印刷されました。 20Co スラリーは擬塑性流體特性を示します。図 4 に示すように、せん斷速度が増加すると、WC-20Co スラリーの粘度が大幅に低下し、せん斷減粘挙動(dòng)が示されます。これは、WC-20Co スラリーが空気圧と撹拌によって生じる高いせん斷速度で流動(dòng)し、小徑ノズルから特定の圧力で押し出すことができることを示しています。スラリーが押し出され、せん斷力がなくなると、スラリー フィラメントは、凝固前の短いアイドル時(shí)間中に広がるのではなく、その形狀を維持します。このせん斷減粘特性は、3DGP プロセスでの WC-20Co スラリーの押出および堆積に非常に有利です。図 4. WC-20Co スラリーの見(jiàn)かけの粘度とせん斷速度の関係。 (TEMED) と開(kāi)始剤過(guò)酸化ベンゾイル (BPO) とゲル化 (架橋重合) の開(kāi)始?？栅瓡r(shí)間の最適化は 3DGP の重要なポイントです。適切なアイドル時(shí)間では、押出システムのスクリューが WC-20Co スラリー、觸媒、および開(kāi)始剤を強(qiáng)力に攪拌し、HEMA モノマーの架橋重合が押出およびスラリーの堆積後に急速に起こるようにすることができます。次の層を印刷する前に、前のスラリー層に十分な強(qiáng)度を持たせて、未加工體がその形狀を保持し、自重に耐えることができるようにする必要があります。 HEMA の架橋重合は発熱反応であるため、溫度計(jì)を備えたカスタム機(jī)器を使用してアイドル時(shí)間を決定します。私たちの以前の研究では、觸媒 TEMED の反応速度に大きな影響があることを発見(jiàn)しました。TEMED 濃度は 10 mmol/L であり、架橋反応が安定したときに起こります。觸媒の顕著な効果とは異なり、開(kāi)始剤の濃度を調(diào)整することにより、アイドル時(shí)間と重合速度を最適化する方が便利です。 WC-20Co スラリーに添加すると、開(kāi)始剤 BPO は分解してフリーラジカルになり、重合反応が開(kāi)始されます。図 5 は、體積で 56% の固形分を含む WC-20Co スラリーの不感時(shí)間に対する開(kāi)始剤濃度の影響を示しています。結(jié)果は、WC-20Co スラリーのゲル化が制御可能であることを示しています。アイドル時(shí)間は、開(kāi)始剤濃度の増加とともに減少します。開(kāi)始剤濃度が 40 mmol/L の場(chǎng)合、アイドル時(shí)間は > 20 分です。しかし、開(kāi)始剤濃度が 70 mmol/L に増加すると、アイドル時(shí)間は約 5 分に減少しました。濃度が100mmol/Lを超えると、インパクトの最小アイドル時(shí)間。同様のパターンが、異なる固形分を含むスラリーにも當(dāng)てはまります。反復(fù)実験の結(jié)果によると、最適用量の開(kāi)始剤（90mmol / L）が提示されました。この最適な無(wú)負(fù)荷時(shí)間 (約 2 分) の間に、WC-20Co スラリーを一定量の觸媒および開(kāi)始剤とスクリュー押出機(jī)で混合し、ノズルから押し出し、最終的に 20 秒で硬化させました。 5 WC-20Co スラリーの空時(shí)間に対する開(kāi)始剤濃度の影響 3.2.グリーン ボディの特徴付け WC-20Co スラリーは、従來(lái)のノズルから押し出され、バラス効果 (押し出された膨張) により、スラリー フィラメントの直徑はノズルの內(nèi)徑よりわずかに大きくなりました。図1（c）に示すように、スラリーフィラメントが印刷プラットフォームに堆積した後、図1（c）に示すように、それ自體の重力、レオロジー特性、およびノズルとのわずかな接觸が半楕円形になります。アイドル時(shí)間を制御することにより、次の層が押し出される前に、印刷ペーストを迅速に硬化させ、十分な強(qiáng)度にすることができます。図 1(d) は、3DGP 堆積プロセスの概略図です。 WC-20Co スラリー フィラメントはクロススタックされ、次の層が前の層の空隙を埋めます。前述のバルス効果により、正しい充填率を選択する必要があります。充填率の影響を図 6 に示します。3 つの異なる充填率サンプルを 0.7 mm ノズルと 56 vol% 固形分を含む WC-20Co ペーストで印刷しました。充填率が 100% の場(chǎng)合、WC-20Co スラリーが堆積し、変形し、製品の形狀を損傷します。一方、図３に示す格子構(gòu)造に示すように、図６（ａ）に示すように、充填率が低いと、成形體の密度が低くなる。 92% の充填率で、成形體は良好に形成されました。適切な充填率は、スラリーのレオロジー特性とノズル サイズに基づいて選択されます。堆積層の厚さと最終的に未加工體の表面粗さと寸法精度を決定します。これを説明するために、さまざまな直徑のノズルと 56 vol% の固體を裝填した WC-20Co スラリーを使用して、3DGP によっていくつかのサンプルを作成しました。それらの層の厚さ、表面粗さ、形狀、およびサイズを測(cè)定して、3DGP 成形精度を計(jì)算しました。印刷されたサンプルの層の厚さと表面の粗さは、共焦點(diǎn)レーザー走査顕微鏡によって研究されました。図。図７は、內(nèi)徑０．５、０．６、および０．７ｍｍの３つのノズルを使用して３ＤＧＰによって得られた未焼成體の側(cè)面図である。これは、スラリー フィラメントがその形狀を維持し、時(shí)間の経過(guò)とともに硬化し、層間が良好に結(jié)合していることを示しています。表 3 に、印刷された成形體の層の厚さ、表面粗さ、および寸法を示します。測(cè)定された層の厚さ (それぞれ 0.355 mm、0.447 mm、0.552 mm) の結(jié)果は、表 2に示す 3DGP の設(shè)定と一致しています。ノズルの直徑が大きくなるにつれて、印刷されたサンプルの表面粗さが増加します。內(nèi)徑０．５ｍｍのノズルを用いて直方體のサンプルを印刷したところ、８．１３±０．６μｍの表面粗さ（Ｒａ）が得られた。ノズルの內(nèi)徑を 0.7 mm に拡大すると、サンプルの表面粗さ (Ra) は 19.98±0.9 μm と高くなりました。表 3 からわかるように、これらの印刷されたブランクはすべて 3 次元モデルよりもわずかに大きくなっていますが、乾燥プロセス中にわずかに小さくなり、モデルにより近くなっています。図 8 は、0.5 mm ノズルと 56 vol% 固形分負(fù)荷の WC-20Co スラリーを使用して印刷された乾燥した長(zhǎng)方形のサンプルを示しています。図 8(b) に示すように、3DGP-bulit サンプルの表面には、明らかな細(xì)孔、破片、および反りの欠陥はありませんでした。直方體のサンプルの表面にはまだ線のプリント マークが見(jiàn)えます。結(jié)果は、3DGP デバイスが優(yōu)れた成形能力を持ち、サンプルを準(zhǔn)備するために微細(xì)なノズルを使用すると、表面粗さが低くなり、寸法精度が高くなることを示しています。図 8(e) は、低倍率の緑色の乾燥サンプルの斷面を示しています。印刷層と緑色のサンプル內(nèi)の線との間に境界面はありません。 WC-Coペーストは1層ずつ印刷されていますが、ペーストの濡れ広がり性が良く、充填率が適切であるため、ワイヤと層の密著性に優(yōu)れています。さらに、HEMA の架橋重合は、印刷と乾燥のステップ、およびワイヤと層の緊密な結(jié)合中に、これらの界面で依然として発生します。 SEM 畫(huà)像 (図 8(f)) から、緑色のサンプルが均一な微細(xì)構(gòu)造を持ち、WC-Co 粒子が均一に分布していることがわかります。さらに、粒子はゲル ポリマーによってしっかりと覆われ、所定の位置に固定されます。 0.7mm ノズル。 （3Dモデルは40mm×20mm×20mm） 8. 0.5 mm ノズルと WC-20Co スラリーを使用して 3DGP で印刷された立方體のサンプル。56 vol% の固體充填量: (a) 三次元モデル、(b) 乾燥した未加工體、(c) 焼結(jié)サンプル、(e) クロス低倍率での乾燥した未加工體の斷面、および (f) 乾燥した未加工體の微細(xì)構(gòu)造。固體負(fù)荷は未加工體の密度に影響します。図１に示すように、図９に示すように、適切なノズルを選択し、適切な充填率を選択すると、スラリーの固形分負(fù)荷が増加するにつれてグリーン密度が増加する。 56 vol% の固形分負(fù)荷で、グリーン密度は 7.85 g/cm3 でした。高固形分スラリーを使用すると、高密度の圧粉體の製造が容易になり、乾燥および焼結(jié)中の収縮が減少します。これにより、高密度で均質(zhì)で高精度の焼結(jié)部品の実現(xiàn)が容易になります。妥當(dāng)な粘度を前提として、固體負(fù)荷を可能な限り増加させる必要があります。焼結(jié)サンプル3DGP プロセスは、有機(jī)モノマーバインダーと FDM の in situ 重合に基づいています。焼結(jié)前に、緑色のゲルポリマー (有機(jī)結(jié)合剤) が分解して燃え盡きるはずです。有機(jī)バインダーの熱分解速度を調(diào)査するために、WC-20Co スラリーを使用して 56 vol% 固形分負(fù)荷で印刷された生のサンプルを、フロー アルゴン雰囲気中、昇溫速度 10°C/min で TG および DTA によってテストしました。 .図 10 に示すように、緑色のサンプルはトルエンの蒸発により吸熱性であり、低溫 (<100°C) では明るくなります。 DTA 曲線は、約 450°C で強(qiáng)い発熱を示しています。発熱ピークに対応して、グリーン體は 300°C から 500°C の間で大幅な重量減少を示します。 600°C に加熱すると、緑色のサンプルは 3.08 wt% を失いました。計(jì)算によると、乾燥した緑色のサンプルの有機(jī)含有量は、重量で 3.02% でした。 600℃以上では成形體の重量はほとんど変化しません。結(jié)果は、約 600°C に加熱した後、緑色のポリマー ゲルが完全に燃え盡きたことを示しています。有機(jī)バインダーの含有量が少ないため、3DGP で印刷された緑色のサンプルは熱脫脂のみが必要です。 3DGP は大きなサイズのコンポーネントを形成できます。 ＷＣ－２０Ｃｏ試料は、爐溫遅れを考慮して７００℃で１時(shí)間アニールした。イチジク。図８（ｃ）から、３ＤＧＰで製造されたサンプルの収縮が焼結(jié)中に均一であることがはっきりと観察できる。焼結(jié)されたサンプルは、反りがなく形狀を維持し、表面に欠陥がありません。 3DGPサンプルが増えます。図１０の濃度データのように。図９に示されるように、５６ｖｏｌ．?１ＴＰ２Ｔの固形分添加量でＷＣ?２０Ｃｏスラリーを使用して印刷されたサンプルは、１３．５５ｇ／ｃｍ３の最大密度を示し、理論密度の９９．９３１ＴＰ２Ｔに達(dá)した。しかし、固形分量を體積で 47% に減らすと、焼結(jié)密度は 12.01 g/cm 3 (理論密度の 88.58%) に過(guò)ぎませんでした。固體負(fù)荷の影響は、焼結(jié)サンプルの微細(xì)構(gòu)造にも反映されます。體積で最大 56% の固體負(fù)荷で、SEM 畫(huà)像 (図 11(a)) は、クラックやボイドが観察されず、ほぼ完全に高密度化された焼結(jié)サンプルを示しています。固形分が少ない、すなわち溶剤含有率が高く、有機(jī)バインダの含有率が高いと、溶剤の蒸発や有機(jī)バインダの焼損によりボイドが多くなり、焼結(jié)緻密化が阻害される。図。図１１（ｂ）は、ＷＣ－２０Ｃｏスラリーの固形分充填量が體積で５３１ＴＰ２Ｔに減少した場(chǎng)合、焼結(jié)サンプルにいくつかの小さな穴があることを示している。多數(shù)のボイドが図１に観察される。図１１（ｃ）は、體積で５０１ＴＰ２Ｔの固體負(fù)荷を有するＷＣ－２０Ｃｏスラリーを使用して印刷されたサンプルの微細(xì)構(gòu)造を示している。図１に示すように、図１１（ｄ）に示すように、固形荷重がさらに減少するにつれて、ますます多くの穴が現(xiàn)れる。脫脂および焼結(jié)中に、溶媒と有機(jī)結(jié)合剤によって殘された細(xì)孔を満たすのに十分な液相がありません。これにより、WC-20Co ペーストを使用して 47% の固形分量で印刷されたサンプルでは、低密度と多數(shù)の空隙が生じました。 (d) 焼結(jié)サンプルの 3DGP 印刷 SEM 畫(huà)像による 47 vol% WC-20Co スラリー。図 12 は、WC-20Co スラリー固形分負(fù)荷の関數(shù)としての焼結(jié)サンプルの硬度の変化を示しています。體積で 47% の固形分負(fù)荷では、硬度 (HRA) はわずか 84.5 です。固形分が少ないと、焼結(jié)密度が低くなり (気孔率が高くなり)、サンプルの機(jī)械的特性が大幅に低下します。固體負(fù)荷が増加すると、硬度が大幅に増加します。 56 vol% の固體負(fù)荷を持つ WC-20Co スラリーを使用して印刷されたサンプルは、87.7 の最大硬度 (HRA) を持っています。焼結(jié)サンプル。図 13 に示すように、サンプルの曲げ強(qiáng)度は、固體荷重の増加に伴って増加することが観察されました。サンプルの破壊の外観と微細(xì)構(gòu)造 (図 14) もこれを確認(rèn)しました。図２に示すように、図 14(b)、(c)、(d) に示すように、サンプルの曲げ強(qiáng)度は非常に低く、53%、50%、および 47% の體積に対する固體負(fù)荷が低いために多くの穴が発生しました。細(xì)孔が存在するにもかかわらず、WC粒子が均一に分布しており、異常成長(zhǎng)が発生していないことがわかります。高い WC-20Co 含有量 (56 vol%) スラリーで作成されたサンプルの抗折強(qiáng)度は 2612.8 MPa でした。 (a) 56 vol%、(b) 53 vol%、(c) 50 vol%、および (d) 47 vol% の異なる固體負(fù)荷のスラリーを使用。 ℃。焼結(jié)により均一に収縮します。したがって、ベベル加工は形狀保持性に優(yōu)れています。 3DGP で印刷されたサンプルの機(jī)械的特性は、従來(lái)の印刷機(jī)と焼結(jié)技術(shù)で作成されたサンプルの機(jī)械的特性に似ています。 3DGPとは、金型を使わずに複雑な形狀を成形できる高度なニアネットフォーミング加工（フリーフォーミング）です。面取り面に印刷線が見(jiàn)えます。 3DGPで作成されたパーツは、使用前に研磨と仕上げが必要です。 3DGPの造形速度はまだまだ遅いです。ベベルミリングのプリントには 2 時(shí)間 46 分かかります。非成形プロセスとして、3DGP は複雑な形狀の制限を克服し、プロセス フローを簡(jiǎn)素化します。技術(shù)と設(shè)備の発展に伴い、成形精度と成形速度は徐々に向上します。 3DGP は、WC-Co 超硬合金コンポーネントのニア ネット シェーピングのための新しい方法を提供します。結(jié)論 WC-20Co 複合コンポーネントは、WC-20Co スラリーを?qū)婴搐趣诉x択的に堆積させる 3D ゲル印刷と呼ばれる新しい AM プロセスによって、ほぼ正味の形狀で首尾よく製造されました。次の結(jié)論を引き出すことができます: (1) 適切なレオロジー特性を持つスラリーは、不規(guī)則な形狀の WC-20Co 複合粉末とトルエン-HEMA ゲル システムを使用して調(diào)製できます。せん斷減粘挙動(dòng)と制御されたゲル化反応により、WC-20Co スラリーは 3DGP プロセスに適しています。(2)3DGP は複雑なグリーン ボディの作成に使用できます。微細(xì)ノズルの使用により、3DGP の成形精度が向上し、サンプルの表面粗さが減少します。充填率は、スラリーのレオロジーとノズル サイズに基づいて選択する必要があります。印刷されたサンプルの形狀は良好で、表面粗さは 8.13±0.6 μm です。生地のバインダー含有量が低いため、3DGP で大きなサイズのコンポーネントを作成できます。(3) WC-20Co スラリーの固體負(fù)荷を増やすと、スラリーの粘度、生地密度、焼結(jié)密度、および焼結(jié)サンプルの機(jī)械的特性が改善されました。 56 vol% WC-20Co スラリーを使用して印刷された焼結(jié)サンプルの密度は 13.55 g/cm 3 (理論密度の 99.93%)、硬度は 87.7 (HRA)、曲げ強(qiáng)度は 2612.8 MPa です。さらに、微細(xì)構(gòu)造は、細(xì)かく均一なWC粒子で均一です。參照：Xin yue Zhang、Zhi、meng Guo、Cun guang Chen、Wei wei Yang International Journal of Refractory Metals and Hard Materials、第 70 巻、2018 年 1 月、215 ～ 223 ページ
出典：Meeyou Carbide