การเตรียมเซรามิกเซอร์โคเนียความหนาแน่นสูงด้วยเทคนิคการพิมพ์ 3 มิติ

Abstract

งานวิจัยนี้มุ่งเน้นการศึกษาการสร้างชิ้นงานเซรามิกเซอร์โคเนียความหนาแน่นสูงด้วยการพิมพ์ 3 มิติ ระบบฉีดเส้นพลาสติกชนิด Fuse Deposition Modeling (FDM) โดยใช้ตัวเชื่อมประสานร่วมระหว่างพอลิเอทิลีนไกลคอล พอลิไวนิลแอลกอฮอล์และพอลิไวนิลบิวไทรอล วัตถุดิบตั้งต้นคือผงเซอร์โคเนีย และใช้กรดสเตียริคเป็นสารเติมแต่ง งานวิจัยนี้แบ่งการผสมวัตถุดิบออกเป็น 2 ส่วน ส่วนแรกคือการผสมแบบแห้ง โดยการผสมผงวัตถุดิบทั้งหมดเข้าด้วยกันตามอัตราส่วน ส่วนที่สองคือการผสมแบบเปียก โดยใช้เอทิลแอลกอฮอล์ช่วยในการผสม จากนั้นนำไปฉีดด้วยเครื่องอัดรีดร้อนด้วยอุณหภูมิ 190 องศาเซลเซียส และนำไปขึ้นรูปชิ้นงานด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติชนิด FDM ขั้นตอนการกำจัดตัวเชื่อมประสานแบ่งออกเป็น 2 ส่วน ส่วนแรกคือการกำจัดตัวเชื่อมประสานด้วยการแช่น้ำที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส เป็นระยะเวลา 2.5 ชั่วโมง ส่วนที่สองคือการกำจัดตัวเชื่อมประสานโดยการให้ความร้อน จากนั้นนำชิ้นงานไปเผาผนึกที่อุณหภูมิ 1450 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 2 ชั่วโมง วิเคราะห์และตรวจสอบลักษณะสมบัติของฟิลาเมนต์ ชิ้นงานหลังการขึ้นรูป ชิ้นงานหลังการกำจัดตัวเชื่อมประสานด้วยวิธีการแช่น้ำและชิ้นงานหลังการเผาผนึก ได้แก่ ความหนาแน่น รูพรุนปรากฏ การดูดซึมน้ำ ความต้านทานการดัดโค้ง และโครงสร้างจุลภาค ผลการศึกษาพบว่า อัตราส่วนผงเซอร์โคเนียต่อตัวเชื่อมประสาน 25:75 เปอร์เซ็นต์โดยปริมาตรสามารถขึ้นรูปชิ้นงานโดยใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติได้ดีที่สุด การผสมแบบเปียกสามารถผสมผงวัตถุดิบให้มีความเป็นเนื้อเดียวกันได้ดีกว่าการผสมแบบแห้ง ชิ้นงานที่ขึ้นรูปด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ผิวด้านข้างมีลักษณะเป็นชั้น ๆ ไม่เรียบเนียบ ทำให้การเชื่อมติดกันของแต่ละชั้นยังไม่ดีพอ การกำจัดตัวเชื่อมประสานโดยไม่ผ่านการแช่น้ำไม่สามารถคงรูปชิ้นงานได้ ซึ่งการกำจัดตัวเชื่อมประสานด้วยวิธีการแช่น้ำก่อนการให้ความร้อนสามารถคงรูปชิ้นงานได้มากกว่า หลังการเผาผนึกพบว่าสมบัติต่าง ๆ ของชิ้นงานยังคงต้องมีการพัฒนาต่อไปรวมไปถึงปัจจัยต่าง ๆ มากมายที่เกี่ยวข้องกับการขึ้นรูปด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ