A impress?o em gel 3D (3DGP) é uma nova tecnologia de fabrica??o que constrói componentes 3D depositando e gelificando pastas de metal camada por camada. Aqui, uma pasta à base de metacrilato de hidroxietil (HEMA) com uma carga sólida de 47-56 vol% WC-20Co foi formada diretamente por 3DGP e depois sinterizada em um forno a vácuo. As pastas WC-20Co exibem um comportamento adequado de fluidez e cisalhamento, o que é vantajoso para o processo de conforma??o 3DGP. Foram estudados os efeitos dos parametros de processamento 3DGP (como diametro interno de impress?o e taxa de preenchimento) na rugosidade da superfície e precis?o dimensional de blanks de impress?o. Foram estudados os efeitos da carga sólida nas propriedades reológicas, densidade de sinteriza??o, densidade de sinteriza??o e propriedades mecanicas da pasta de WC-20Co. Os resultados mostram que a amostra pode ser impressa com boa forma, com precis?o adequada e microestrutura uniforme. As amostras sinterizadas têm boa reten??o de forma e uma microestrutura uniforme. A melhor densidade de amostra, dureza e resistência à ruptura transversal foram 13,55 g/cm3, HRA 87,7 e 2612,8 MPa, respectivamente. O 3DGP tem vantagens únicas na modelagem próxima à rede de elementos WC-20Co de formato complexo. 1. Introdu??o O metal duro WC-Co consiste em partículas duras de WC embutidas em uma matriz contínua de Co e é um dos mais importantes compósitos de matriz metálica. Eles agora s?o amplamente utilizados como ferramentas de perfura??o e corte, matrizes de estampagem, pe?as de desgaste e outras pe?as especiais. Devido à infusibilidade das partículas de WC, os carbonetos cimentados s?o geralmente produzidos usando o processo de metalurgia do pó (PM) no qual ocorre a sinteriza??o em fase líquida de compactos de pó de WC-Co. A complexidade da forma do produto é severamente limitada pela estrutura da matriz. Além disso, devido às propriedades de alta dureza e resistência dos metais duros WC-Co, é difícil processar metais duros WC-Co. A utiliza??o de métodos tradicionais para a prepara??o de pe?as de metal duro com formas complexas é um grande desafio. como a?o inoxidável, titanio, ligas de titanio e ligas de alumínio (SLM). Sinteriza??o direta a laser de metal (DMLS), fus?o por feixe de elétrons (EBM), etc. s?o tecnologias típicas e convencionais. O Laser Engineering Network Forming (LENS) pode produzir formas complexas e pe?as quase completamente densas. Nesses processos de AM, o pó metálico é colocado seletivamente por um feixe de laser/elétron camada por camada até que as pe?as sejam construídas. No entanto, existem poucos estudos sobre a fabrica??o aditiva de metais duros WC-Co. Primeiro, o metal duro WC-Co consiste em partículas de WC e um material de matriz de Co, e os pontos de fus?o dos dois materiais s?o muito diferentes. Quando o pó de WC-Co é aquecido até o ponto de fus?o do Co, as partículas de WC permanecem no estado sólido; o pó é ainda aquecido e o Co come?a a evaporar. A fus?o parcial reduzirá a densidade do produto. Para resolver esse problema, alguns pesquisadores tentaram adicionar alguns aglutinantes, como metais de baixo ponto de fus?o. Gu et ai. Pó de Cu e pó de WC-10Co foram misturados na propor??o de peso de 60:40, e amostras de 50 mm × 10 mm × 9 mm foram fabricadas usando DMLS. Devido à grande quantidade de Cu, a densidade relativa desta amostra atingiu 94,3%. Em segundo lugar, essas tecnologias de fus?o em leito de pó têm certos requisitos para o pó usado. Nos processos SLM e EBM, os pós metálicos se propagam pelos rolos, enquanto o DMLS e o LENS s?o geralmente equipados com um sistema de alimenta??o de pó síncrono. Para obter uma camada de pó uniforme e fina, ambos os tipos de alimenta??o de pó requerem pó fino e pó esférico com boa fluidez. O pó de WC-Co com formato comercial irregular n?o atende a esses requisitos. Além disso, o aquecimento e resfriamento por feixe de laser/elétron (ou seja, processo de sinteriza??o) é muito rápido. Apenas algumas partículas de WC podem se dissolver na fase líquida. A sinteriza??o incompleta pode reduzir o desempenho do produto. Finalmente, as técnicas acima requerem sistemas de prote??o de alto vácuo ou gás inerte, que s?o caros e envolvem a descarboneta??o e evapora??o do cobalto. Urso et ai. descobriram que n?o havia carbono livre suficiente na matéria-prima em pó para compensar a perda de carbono que ocorreu durante o processo LENS. Embora as técnicas acima possam produzir muitas pe?as complexas, elas podem n?o ser adequadas para a produ??o de metais duros WC-Co. A fim de resolver as limita??es dos métodos convencionais e os problemas da tecnologia AM acima mencionada na produ??o de metais duros WC-Co, foi proposto um novo processo de AM denominado 3D Gel Printing (3DGP). O 3DGP combina a moldagem por inje??o de gel com o modelo de deposi??o fundida (FDM) e tem a capacidade de converter modelos 3D em sólidos 3D. A Figura 1(a) mostra nosso dispositivo 3DGP projetado. A Figura 1(b) mostra uma vista ampliada do sistema de extrus?o e deposi??o do dispositivo. Primeiro, o modelo 3D projetado é cortado em uma série de fatias 2D. A pasta em pó na solu??o de mon?mero organico é ent?o usada como uma "tinta" e transportada para a extrusora de parafuso do equipamento 3D GP sob a press?o específica do ar comprimido. Ao mesmo tempo, o iniciador e o catalisador s?o entregues à mesma extrusora de parafuso em propor??o. Os materiais s?o completamente misturados e extrudados através de um bico e depois depositados em uma plataforma de impress?o. Após um curto período de tempo, os mon?meros organicos s?o reticulados e o pó sólido é mantido no lugar por um polímero reticulado tridimensional. Desta forma, a pasta é depositada seletivamente camada por camada, o que é consistente com cada fatia 2D pré-construída do modelo 3D. Finalmente, um corpo verde de estrutura tridimensional é obtido. Para evitar o colapso do verde durante o processo de impress?o, a plataforma de impress?o permanece estacionária e o cabe?ote de impress?o do dispositivo 3DGP pode se mover ao longo dos eixos X, Y e Z, o que é diferente do dispositivo FDM convencional. Semelhante aos dispositivos FDM tradicionais, o novo dispositivo tem as vantagens de moldagem flexível, estrutura simples e controle preciso. Após a secagem, o corpo verde é desengordurado e sinterizado em forno a vácuo ou atmosférico. (d) deposi??o dos filamentos de sericina. A fundi??o de gel tem sido usada para produzir vários materiais metálicos e ceramicas, como WC-8 wt%Co, a?o inoxidável 17-4PH, liga de alta temperatura, Al2O3, Si3N4, SiC e assim por diante. Isso prova que uma variedade de pós de materiais podem ser dispersos e suspensos de forma estável na solu??o de mon?mero organico, o que significa que o 3DGP tem grande potencial na forma??o de muitos materiais, incluindo metais, ligas metálicas, compósitos de matriz metálica e ceramica. A demanda atual por pe?as complexas de metal duro está aumentando constantemente. WC-20Co é um metal duro típico. Neste estudo, a pasta de WC-20Co foi usada como tinta imprimível, e a fabrica??o aditiva do componente WC-20Co foi estudada por 3DGP. O objetivo é fabricar alta densidade, altas propriedades mecanicas de pe?as compostas de WC-20Co e estudar a viabilidade e praticidade do 3DGP na modelagem próxima à rede de pe?as de liga dura WC-Co.2. Prepara??o2.1. Prepara??o da pasta de WC-20Co Pó de WC comercial com um diametro médio de partícula de 2,7 μm e pó de Co com um diametro médio de partícula de 46,5 μm foram usados neste trabalho. As Figuras 2(a) e (b) mostram a aparência do pó de WC e pó de Co, respectivamente. Estas matérias-primas foram misturadas usando uma mistura de moagem de bolas com uma rela??o em peso de WC para Co de 80:20 e uma bola de metal duro misturada com um pó de WC-20Co em uma rela??o de peso de 5:1. A Figura 2(c) mostra o pó composto WC-20Co após moagem por 24 horas.Fig. 2 A morfologia do material em pó: (a) pó de WC, (b) pó de Co e (c) pó composto de WC-20Co. Para evitar a oxida??o do cobalto, foram projetados sistemas n?o hidrogel. Tolueno e metacrilato de hidroxietil (CH2=C(CH3)COOCH2CH2OH, HEMA) foram escolhidos como solventes e mon?meros organicos. A Tabela 1 lista os sistemas de gel usados para pastas de WC-20Co. Tabela 1. Sistema de reagente químico para pasta de WC-20Co. Solvente organico reticulante de reticulante catalisador iniciador de dispersante Tolueno-Hidroxietil Metacrilato (HEMA) N,N'-Metileno Bis-Acrilamida Solsperse-6000 Peróxido de benzoíla (BPO) Dimetil Anilina (TEMED) Os reagentes usados no experimento eram todos analiticamente puros. Primeiro, HEMA (mon?mero) e N,N'-metileno-bisacrilamida (reticulador) foram misturados em uma propor??o de peso de 80:1 e ent?o dissolvido em tolueno a uma concentra??o de 50% em volume de HEMA para preparar um pré-tratamento. mistura. Em seguida, pastas com diferentes cargas sólidas foram preparadas dispersando o pó de WC-20Co na solu??o pré-misturada. O dispersante Solsperse-6000 (ICI Co. USA, n?o tóxico) foi adicionado simultaneamente em certa propor??o. Estas suspens?es de WC-20Co foram ent?o moídas por esferas durante 2 horas para obter uma pasta uniforme.2.2. Processo de impress?o em gel 3DA pasta de WC-20Co acima foi entregue a um dispositivo 3D GP sob press?o apropriada. Três bocais com diametros internos de 0,5, 0,6 e 0,7 mm s?o usados aqui. A Tabela 2 lista as condi??es de impress?o do processo 3DGP. Com base nesses parametros de impress?o, tomando como exemplo um cortador chanfrado, algumas amostras retangulares foram preparadas e analisadas para determinar a precis?o e condi??o da superfície do 3DGP. Após o processo de impress?o em gel 3D, os corpos verdes foram secos em estufa a vácuo a 60°C por 8 horas. O corpo verde seco foi desengordurado a 700° C por 1 hora e finalmente sinterizado em um forno de tubo de carbono a vácuo (vácuo <2 Pa) a 1360° C por 1 hora. Tabela 2. Condi??es de impress?o para 3DGP. Condi??es de impress?o de numera??o Diametro do bocal velocidade de impress?o grossa1 0,50 mm 0,35 mm 28 mm/s2 0,60 mm 0,45 mm 28 mm/s3 0,70 mm 0,55 mm 28 mm/s2.3. medi??oA viscosidade da pasta de WC-20Co foi testada usando um viscosímetro rotativo NDJ-79 a 25°C. Análise termogravimétrica (TGA) e análise térmica diferencial (DTA) foram usadas para estudar a perda de massa térmica e a cinética de decomposi??o de ligantes organicos quando a taxa de aquecimento foi de 10 °C/min sob fluxo de arg?nio de alta pureza. O princípio de Arquimedes foi usado para medir a densidade verde e a densidade sinterizada. O microscópio confocal de varredura a laser foi usado para observar a rugosidade da superfície, aparência e morfologia transversal do corpo verde 3DGP. A aparência do pó de WC-20Co e a microestrutura das amostras verde e sinterizada foram observadas por microscopia eletr?nica de varredura. A dureza das amostras sinterizadas foi testada usando um dur?metro Rockwell com um cone de diamante e uma carga de 60 kg. O ensaio de flex?o de corpos de prova sinterizados cortados em 5 mm x 5 mm x 35 mm foi realizado por uma máquina de ensaio universal eletr?nica a uma taxa de carregamento de 10 mm/min. Cada conjunto de dados reportados é baseado em atributos obtidos de 3 a 5 amostras.3. Resultados e discuss?o3.1. Comportamento reológico e processo de gelifica??o da pasta de WC-20CoA qualidade da pasta depende de dois fatores principais: carga sólida e viscosidade. FIGO. 3 mostra o efeito do carregamento sólido na viscosidade da pasta de WC-20Co a uma taxa de cisalhamento de 20 s ?1 . A viscosidade da pasta aumenta com o carregamento sólido. Ao contrário dos requisitos de viscosidade da moldagem por inje??o de gel (geralmente <1 Pa·s), viscosidade mais alta (significando maior teor de sólidos) pode ser usada no processo 3DGP. A pasta 3DGP n?o precisa ser preenchida com um molde, apenas precisa ter um certo grau de fluidez (geralmente <3 Pa·s) para que possa ser extrudada através do bico. No entanto, viscosidade excessiva pode dificultar a extrus?o da pasta WC-20Co. Por exemplo, uma pasta com um teor de sólidos de 59 vol% é muito viscosa para ser extrudada. Neste estudo, quatro diferentes pastas sólidas de WC-20Co foram impressas diretamente por 3DGP: 47, 50, 53 e 56 vol%. Figura 3. Efeito da carga sólida na viscosidade da pasta WC-20Co. A pasta de 20Co exibe propriedades de fluido pseudoplástico. Conforme mostrado na Figura 4, à medida que a taxa de cisalhamento aumenta, a viscosidade da pasta de WC-20Co diminui significativamente, indicando um comportamento de afinamento por cisalhamento. Isso indica que a pasta de WC-20Co pode fluir em altas taxas de cisalhamento causadas pela press?o do ar e agita??o, e pode ser extrudada a uma press?o específica através de um bocal de pequeno diametro. Uma vez que a pasta é extrudada e a for?a de cisalhamento desaparece, os filamentos da pasta mantêm sua forma em vez de se espalharem durante um curto tempo ocioso antes da solidifica??o. Esta característica de afinamento por cisalhamento é muito favorável para a extrus?o e deposi??o de pastas de WC-20Co no processo 3DGP. Figura 4. Rela??o entre viscosidade aparente e taxa de cisalhamento para pasta de WC-20Co. Há um tempo ocioso entre a adi??o do catalisador dimetilanilina (TEMED) e o iniciador peróxido de benzoíla (BPO) e o início da gelifica??o (polimeriza??o de reticula??o). Otimizar o tempo livre é um ponto chave do 3DGP. No tempo ocioso correto, o parafuso do sistema de extrus?o pode agitar fortemente a pasta, o catalisador e o iniciador de WC-20Co e garantir que a polimeriza??o de reticula??o do mon?mero HEMA ocorra rapidamente após a extrus?o e deposi??o da pasta. Antes de imprimir a próxima camada, a camada anterior de pasta deve ter resistência suficiente para que o corpo verde possa manter sua forma e suportar seu próprio peso. A polimeriza??o de reticula??o do HEMA é uma rea??o exotérmica, portanto, instrumentos personalizados com um term?metro s?o usados para ajudar a determinar o tempo ocioso. Em nosso trabalho anterior, encontramos um impacto significativo na taxa de rea??o do catalisador TEMED, a concentra??o de TEMED foi de 10 mmol/L quando a rea??o de reticula??o ocorre quando a estabilidade. Ao contrário do efeito notável do catalisador, é mais conveniente otimizar o tempo ocioso e a taxa de polimeriza??o ajustando a concentra??o do iniciador. Uma vez adicionado à pasta de WC-20Co, o iniciador BPO se decomp?e em radicais livres, iniciando com sucesso a rea??o de polimeriza??o. A Figura 5 mostra o efeito da concentra??o do iniciador no tempo morto da pasta de WC-20Co com um teor de sólidos de 56% por volume. Os resultados mostram que a gelifica??o da pasta de WC-20Co é controlável. O tempo ocioso diminui com o aumento da concentra??o do iniciador. Quando a concentra??o do iniciador é de 40 mmol/L, o tempo ocioso é > 20 min. No entanto, à medida que a concentra??o do iniciador aumentou para 70 mmol/L, o tempo ocioso diminuiu para cerca de 5 minutos. Quando a concentra??o ultrapassa 100 mmol/L, o tempo ocioso mínimo de impacto. Padr?es semelhantes se aplicam a pastas com diferentes teores de sólidos. De acordo com os resultados de experimentos repetidos apresentado iniciador (90 mmol / L) da dosagem ideal. Durante este período ótimo de descarregamento (cerca de 2 minutos), a pasta de WC-20Co foi misturada com uma certa quantidade de catalisador e iniciador em uma extrusora de parafuso e depois extrudada através de um bocal e finalmente curada em 20 segundos.Fig. 5 Efeito da Concentra??o do Iniciador no Tempo Vazio da Pasta de WC-20Co3.2. Caracteriza??o do Green BodyA polpa de WC-20Co foi extrudada através de um bocal convencional e devido ao efeito Barus (expans?o extrudada), o diametro do filamento da polpa foi ligeiramente maior que o diametro interno do bocal. Conforme mostrado na Fig. 1(c), após o filamento de pasta ser depositado na plataforma de impress?o, sua própria gravidade, propriedades reológicas e leve contato com o bico se tornar?o semi-elípticas, conforme mostrado na Fig. 1(c). Ao controlar o tempo ocioso, a pasta de impress?o pode ser rapidamente curada e suficientemente forte antes que a próxima camada seja extrudada. A Figura 1(d) é um esquema do processo de deposi??o 3DGP. Os filamentos de pasta de WC-20Co s?o empilhados e a próxima camada preencherá o espa?o vazio da camada anterior. Devido ao efeito Barus mencionado anteriormente, é necessário escolher a taxa de enchimento correta. O efeito da taxa de enchimento é mostrado na Figura 6. Três amostras de taxa de enchimento diferentes foram impressas com um bico de 0,7 mm e uma pasta WC-20Co com sólidos de 56 vol%. Quando a taxa de enchimento é 100%, a pasta de WC-20Co se acumula, deforma e danifica a forma do produto. Por outro lado, como mostrado na estrutura de treli?a mostrada na FIG. 6(a), a baixa taxa de enchimento resulta em uma baixa densidade do corpo verde. Com uma taxa de enchimento de 92%, o corpo verde se formou bem. A taxa de enchimento apropriada é selecionada com base nas propriedades reológicas da pasta e do tamanho do bocal. Figura 6 Amostras verdes com diferentes taxas de enchimento: (a) 84%, (b) 92% e (c) 100%. O diametro interno do bocal afeta o espessura da camada depositada e, em última análise, determina a rugosidade da superfície e a precis?o dimensional do corpo verde. Para ilustrar isso, várias amostras foram feitas por 3DGP usando bicos de diferentes diametros e pasta de WC-20Co com carga de sólidos de 56 vol%. A espessura da camada, rugosidade da superfície, forma e tamanho foram medidos para calcular a precis?o de conforma??o 3DGP. A espessura da camada e a rugosidade da superfície das amostras impressas foram estudadas por microscopia confocal de varredura a laser. FIGO. 7 é uma vista lateral de um corpo verde obtido por 3DGP usando três bocais com diametros internos de 0,5, 0,6 e 0,7 mm. Isso indica que os filamentos da pasta mantêm sua forma e curam com o tempo, com boa liga??o entre as camadas. A Tabela 3 mostra a espessura da camada, rugosidade da superfície e dimens?es do corpo verde impresso. Os resultados das espessuras de camada medidas (0,355 mm, 0,447 mm e 0,552 mm, respectivamente) s?o consistentes com as configura??es do 3DGP mostradas na Tabela 2. à medida que o diametro do bocal aumenta, a rugosidade da superfície da amostra impressa aumenta. Quando uma amostra retangular paralelepipédica foi impressa usando um bico com diametro interno de 0,5 mm, obteve-se uma rugosidade superficial (Ra) de 8,13±0,6 μm. Quando o diametro interno do bocal foi aumentado para 0,7 mm, a amostra apresentou uma rugosidade superficial (Ra) t?o alta quanto 19,98±0,9 μm. Como pode ser visto na Tabela 3, todos esses blanks impressos s?o ligeiramente maiores que o modelo tridimensional, mas s?o um pouco menores durante o processo de secagem e, portanto, est?o mais próximos do modelo. A Figura 8 mostra uma amostra retangular seca impressa usando um bocal de 0,5 mm e uma pasta de WC-20Co com uma carga de sólidos de 56 vol%. Conforme mostrado na Figura 8(b), a superfície da amostra 3DGP-bulit n?o tinha poros, lascas e defeitos de empenamento óbvios. As marcas de impress?o de linha ainda s?o visíveis na superfície da amostra cubóide. Os resultados mostram que o dispositivo 3DGP possui boa capacidade de conforma??o, e o uso de bicos finos para preparar amostras resulta em menor rugosidade superficial e maior precis?o dimensional. A Figura 8(e) mostra uma se??o transversal de uma amostra seca verde de baixa amplia??o. N?o há interface entre a camada de impress?o e as linhas dentro da amostra verde. Embora a pasta WC-Co seja impressa uma a uma camada por camada, as propriedades de molhagem e espalhamento da pasta s?o boas, e a taxa de enchimento é adequada, para que o arame e a camada tenham excelente ades?o. Além disso, a polimeriza??o por reticula??o do HEMA ainda ocorre nessas interfaces durante as etapas de impress?o e secagem e a uni?o firme dos fios e camadas. A partir da imagem SEM (Fig. 8(f)), pode-se observar que a amostra verde tem uma microestrutura uniforme e as partículas de WC-Co est?o distribuídas uniformemente. Além disso, as partículas s?o firmemente cobertas pelo polímero em gel e fixadas no lugar. Bocal de 0,7 mm. Tabela 3. Espessura da camada, rugosidade da superfície e dimens?es dos corpos verdes como impressos e dimens?es dos corpos verdes secos. (O modelo 3D tem 40 mm × 20 mm × 20 mm.)Fig. 8. A amostra cubóide impressa por 3DGP usando bico de 0,5 mm e pasta de WC-20Co com uma carga sólida de 56 vol%: (a) modelo tridimensional, (b) corpo verde seco, (c) amostra sinterizada, (e) cruz se??o do corpo verde seco sob baixa amplia??o e (f) microestruturas do corpo verde seco. O carregamento sólido afeta a densidade do corpo verde. Como mostrado na FIG. 9, quando um bocal adequado é selecionado e uma taxa de enchimento adequada é selecionada, a densidade verde aumenta à medida que a carga sólida da pasta aumenta. Em uma carga de sólidos de 56 vol%, a densidade verde foi de 7,85 g/cm3. O uso de pastas com alto teor de sólidos facilita a produ??o de compactos verdes de alta densidade e reduz o encolhimento durante a secagem e sinteriza??o, o que facilita a obten??o de pe?as sinterizadas homogêneas de alta densidade e alta precis?o. Na premissa de viscosidade razoável, é necessário aumentar a carga sólida tanto quanto possível. Figura 9. Densidade verde e densidade sinterizada de amostras 3D GP com diferentes cargas sólidas WC-20Co.3.3. Amostra sinterizadaO processo 3DGP é baseado na polimeriza??o in situ de ligantes de mon?meros organicos e FDM. Antes da sinteriza??o, o polímero de gel verde (ligante organico) deve se decompor e queimar. Para investigar a cinética de decomposi??o térmica de ligantes organicos, amostras verdes impressas usando uma pasta de WC-20Co com carga de sólidos de 56 vol% foram testadas por TG e DTA em uma atmosfera de arg?nio em fluxo a uma taxa de aquecimento de 10°C/min. . Conforme mostrado na Figura 10, a amostra verde é endotérmica devido à evapora??o do tolueno e torna-se mais leve em baixas temperaturas (<100°C). A curva DTA mostra uma forte exotermia a cerca de 450°C. Correspondendo ao pico exotérmico, o corpo verde mostra uma perda de peso significativa entre 300°C e 500°C. Quando aquecida a 600°C, a amostra verde perdeu 3,08 wt%. Por cálculo, o conteúdo organico da amostra verde seca foi de 3,02% em peso. Quando a temperatura é superior a 600°C, o peso do corpo verde dificilmente muda. Os resultados mostram que o gel de polímero verde queimou completamente após aquecimento a cerca de 600°C. Devido ao baixo teor de ligantes organicos, as amostras verdes impressas em 3DGP requerem apenas desengorduramento térmico. O 3DGP pode formar componentes de grande porte. A amostra de WC-20Co foi recozida a 700°C por uma hora em considera??o ao atraso de temperatura do forno. Na FIG. 8(c), pode-se observar claramente que o encolhimento da amostra fabricada em 3DGP é uniforme durante a sinteriza??o. A amostra sinterizada mantém sua forma sem empenamento e sem defeitos na superfície. Figura 10. Curva DTA e curva TG de uma amostra 3DGP com taxa de aquecimento de 10 °C/min. à medida que a carga sólida aumenta, a densidade sinterizada da amostra sinterizada A amostra 3DGP aumenta. Assim como os dados de densidade na FIG. 9, uma amostra impressa usando uma pasta de WC-20Co com uma carga de sólidos de 56 vol.-% apresentou uma densidade máxima de 13,55 g/cm3, que atingiu 99,93% da densidade teórica. No entanto, quando a carga sólida foi reduzida para 47% em volume, a densidade sinterizada foi de apenas 12,01 g/cm3 (88,58% da densidade teórica). O efeito do carregamento sólido também se reflete na microestrutura da amostra sinterizada. Em uma carga sólida de até 56% por volume, a imagem SEM (Figura 11(a)) mostra uma amostra sinterizada com densifica??o quase total sem rachaduras ou vazios observados. Quando o teor de sólidos é baixo, ou seja, o teor de solvente e o teor de ligante organico s?o altos, a evapora??o do solvente e a queima do ligante organico causam muitos vazios, o que dificulta a densifica??o da sinteriza??o. FIGO. 11(b) mostra que quando o carregamento sólido da pasta de WC-20Co é reduzido para 53% em volume, existem alguns pequenos orifícios na amostra sinterizada. Um grande número de vazios pode ser observado na FIG. 11(c) ilustrando a microestrutura de uma amostra impressa usando uma pasta de WC-20Co com uma carga de sólidos de 50% por volume. Como mostrado na FIG. 11(d), mais e mais furos aparecem à medida que a carga sólida é ainda mais reduzida. N?o há fase líquida suficiente durante o desengorduramento e sinteriza??o para preencher os poros deixados pelo solvente e ligante organico. Isso resultou em baixa densidade e um grande número de vazios nas amostras impressas com pasta WC-20Co com uma carga de sólidos de 47% por volume. Figura 11. (a) 56 vol%, (b) 53 vol%, (c) 50 vol%, e (d) pasta de 47 vol% WC-20Co através de uma imagem SEM impressa em 3DGP de uma amostra sinterizada. A Figura 12 mostra a mudan?a na dureza das amostras sinterizadas em fun??o da carga sólida da pasta de WC-20Co. Com uma carga de sólidos de 47% por volume, a dureza (HRA) é de apenas 84,5. O baixo teor de sólidos resulta em baixa densidade sinterizada (alta porosidade), o que reduz significativamente as propriedades mecanicas da amostra. à medida que a carga sólida aumenta, a dureza aumenta significativamente. Amostras impressas usando uma pasta de WC-20Co com carga de sólidos de 56 vol% têm uma dureza máxima (HRA) de 87,7. Figura 12. Valores de dureza de amostras sinterizadas com diferentes cargas de sólidos de WC-20Co. Uma situa??o semelhante ocorre com a resistência à ruptura transversal de a amostra sinterizada. Conforme mostrado na Figura 13, observou-se que a resistência à flex?o da amostra aumentava com o aumento da carga sólida. A aparência da fratura e a microestrutura da amostra (Figura 14) também confirmaram isso. Como mostrado nas FIGS. 14(b), (c) e (d), a amostra tinha uma resistência à flex?o muito baixa e muitos furos foram causados por baixas cargas sólidas de 53%, 50% e 47% por volume. Apesar da presen?a de poros, pode-se observar que as partículas de WC est?o distribuídas uniformemente e n?o ocorre crescimento anormal. Amostras feitas com uma pasta de alto teor de WC-20Co (56 vol%) tiveram uma resistência à ruptura transversal de 2612,8 MPa. Figura 13. Resistência à flex?o de amostras sinterizadas com diferentes cargas sólidas de WC-20Co. Figura 14. Padr?es de fratura de amostras de WC-20Co impressas usando pastas com diferentes cargas sólidas: (a) 56 vol%, (b) 53 vol%, (c) 50 vol% e (d) 47 vol%. A Figura 15 mostra um cortador de esquadria (diametro 52 mm) feito de 3DGP e sinterizado em 1360 °C. A sinteriza??o encolhe uniformemente. Portanto, o fresamento chanfrado tem boa reten??o de forma. As propriedades mecanicas das amostras impressas em 3DGP s?o semelhantes às propriedades mecanicas das amostras feitas com prensas de impress?o convencionais e técnicas de sinteriza??o. O 3DGP é um processo avan?ado de forma??o próxima à rede que pode formar formas complexas sem um molde (forma??o livre). As linhas impressas podem ser visualizadas em uma superfície chanfrada. As pe?as feitas por 3DGP precisam ser polidas e acabadas antes do uso. A velocidade de moldagem do 3DGP ainda é muito lenta. Demora 2 horas e 46 minutos para imprimir a fresagem de bisel. Como um processo sem moldagem, o 3DGP supera as limita??es de formas complexas e simplifica o fluxo do processo. Com o desenvolvimento de tecnologia e equipamentos, a precis?o e a velocidade de conforma??o aumentar?o gradualmente. O 3DGP fornece um novo método para modelagem próxima à rede de componentes de metal duro WC-Co. Figura 15. Cortador chanfrado impresso por 3DGP.4. conclus?oO componente composto WC-20Co foi produzido com sucesso em uma forma quase líquida por um novo processo AM chamado impress?o em gel 3D, que deposita seletivamente a pasta de WC-20Co camada por camada. As seguintes conclus?es podem ser tiradas:(1) Pastas com propriedades reológicas adequadas podem ser preparadas usando pó composto de WC-20Co de formato irregular e sistemas de gel de tolueno-HEMA. O comportamento de afinamento por cisalhamento e a rea??o de gelifica??o controlada tornam a pasta de WC-20Co adequada para o processo 3DGP.(2)3DGP pode ser usado para fazer corpos verdes complexos. O uso de bicos finos ajuda a melhorar a precis?o de conforma??o do 3DGP e reduz a rugosidade da superfície da amostra. A taxa de empacotamento deve ser selecionada com base na reologia da pasta e no tamanho do bocal. A amostra impressa tem uma boa forma e uma rugosidade superficial de 8,13±0,6 μm. O baixo teor de aglutinante do greenware permite que o 3DGP fa?a componentes de tamanho grande.(3) O aumento da carga sólida da pasta de WC-20Co resultou em melhorias na viscosidade da pasta, densidade verde, densidade sinterizada e propriedades mecanicas da amostra sinterizada. A amostra sinterizada impressa usando pasta de 56 vol% WC-20Co tem uma densidade de 13,55 g/cm 3 (99,93% de densidade teórica), dureza de 87,7 (HRA) e resistência à flex?o de 2612,8 MPa. Além disso, a microestrutura é uniforme com gr?os de WC finos e uniformes. Jornal Internacional de Metais Refratários e Materiais Duros, Volume 70, Janeiro de 2018, Páginas 215-223
Fonte: Meeyou Carbide