Essais du four : frittage de pièces cubiques en Zircone
Une fois le four opérationnel, nous pouvons procéder au déliantage et au frittage des pièces imprimées en 3D.
Pour nos premiers essais du four, nous disposons de quatre pièces cubiques (marquées sur les faces X, Y, Z) imprimées en 3D avec du filament Zetamix Zircone blanc. Deux de ces pièces ont été réalisées avec l'imprimante à filament Raise 3D de notre espace de prototypage, tandis que les deux autres sont des échantillons fournis par le fabricant de filament en Zircone.
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Pièce cubique 1 (marqué sur les faces X, Y et Z) |
Pièce cubique 2 (marqué sur les faces X et Y) |
Pièces cubiques en Zircone imprimées au Fablab avec l’imprimante filament Raise 3D
Pièces cubiques 3 (droite) et 4 (gauche) en Zircone imprimées par le fabricant de filament Zetamix Nanoe
Après l'impression, nous obtenons des pièces dites "vertes" (green parts), qui sont un mélange de poudre céramique (particules d'oxyde de zirconium) et d'un système liant (polymère). À ce stade, il reste deux étapes supplémentaires sont nécessaire : le déliantage et le frittage.frittage. Ces post-traitements permettent d'obtenir des pièces finales denses et composées uniquement de céramique.
La première étape de ce processus est le déliantage, qui vise à pour but d'éliminer le liant de la pièce. Comme le système liant est généralement composé de plusieurs polymères, cette opération se déroule en plusieurs phasesétapes : le déliantage chimique et le déliantage thermique. Le déliantage chimique dissout le premier composant (soluble binder), tandis que le déliantage thermique brûle le second composant en l'exposant à des températures supérieures à sa température de dégradation.gradation (backbone).
Schéma de la et frittage des pièces en céramique
OpérationA-Déliantage effectuée par F. ZOUHIR, le 04/06/2024
1- Déliantage chimique
Le déliantage chimique est une étape importante, car mal exécuter, celle-ci peut entrainer des fissures ou un phénomène de délaminage.
Le déliantage chimique concerne uniquement les filaments Zetamix céramique de type Zircone.
Cette étape est primordiale, car elle crée des porosités dans la pièce. Ces porosités sont essentielles pour assurer le succès du déliantage thermique et du frittage.
Pour réaliser le déliantage chimique desde nos pièces objetscubiques imprimés,en zircone, nous avons utilisé leles matérieléquipements suivantsuivants :
- Un
de chauffageBainbain à ultrasons(avec optionchauffage) - De
Acél’acétone - Une balance de précision
- Des pièces cubiques en zircone imprimées en 3D
Mode opératoire :
LesTout d'abord, la piècesce sontest pesée à l'aide d'une balance de précision. Ensuite, elle est immergéese dans un bain d'acétone chauffé à ultrasons40°C (onen utiliseutilisant uniquement l’l'option chauffage et non les ultrasons) contenant de l’acétone et chauffé à 40°C.. Le chauffage permet ici d’accélérer le processus de déliantage. CetteIl s'agit d'une étape importante car, si elle est critique car un déliantage mal réalisée, elle peut entraînerprovoquer undes fissures (phénomène de délaminage (fissures)laminage). Ce phénomène apparaît quand on enlève trop tôt la pièce du bain d’acétone.
Les fissuresPour étantviter irréversibles,cela, ille estfabricant conseillerde filament recommande de laisser le plus longtemps possible la pièce dans le bain d’d'acétone (notammentaussi lorsqu’onlongtemps àque doute).
Cette étape a été réalisée pour l’ensemble des pièces cubiques.possible. La durée de trempage des pièces va varier en fonction de l’épaisseur de la pièce. En effet, le fabricant rapporte qu’il faut laisser immergées 4h la pièce dans le bain d'acétone dépend de son épaisseur. Le fabricant indique qu'il faut immerger la pièce pendant 4 heures par millimètre d'épaisseur de paroisparoi pleine. Ainsi, pour une pièce de 20 mm,mm d'épaisseur, la durée d’d'immersion du cube dans l’l'acétone est de 80 heures pour éliminer lapresque quasitotalement totalitéle duliant. liant du cube. Ainsi, pour notre première essaie nous avons tenter de
Pièce cubique en Zircone |
Volume du cube (avant déliantage) |
Volume du cube (après déliantage chimique) |
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Masse initiale en g (post-impression) |
Masse finale en g (après déliantage chimique) |
Masse perdue après déliantage chimique (Mi-Mf) |
Perte de masse en % |
Pièce cubique 1 |
493.7 cm3 |
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9.9936 |
9.1783 |
0.8153 |
8.2% |
Pièce cubique 2 |
649.1 cm3 |
626.7 cm3 |
22.40 cm3 |
13.1396 |
12.3107 |
0.8289 |
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Pièce cubique 3 |
802.7 cm3 |
786.4 cm3 |
16.3 cm3 |
18.5592 |
17.3486 |
1.2106 |
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Pièce 4 (marqué au crayon) |
821.4 cm3 |
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19.9485 |
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Déliantage thermique et frittage
Pièce cubique en Zircone |
Volume du cube (après déliantage thermique et frittage) |
Masse finale en g (après déliantage thermique et frittage) | |
Pièce cubique 1 |
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Pièce cubique 2 |
327 cm3 |
322.1 cm3 |
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Pièce cubique 3 |
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Pièce 4 (marqué au crayon) |