3D-printed nanoporous ceramics: Tunable feedstock for direct ink write and projection microstereolithography

材料科学 墨水池 陶瓷 多孔性 烧结 3D打印 纳米孔 立方氧化锆 聚合物 制作 复合材料 原材料 纳米技术 医学 化学 替代医学 有机化学 病理
作者
Alyssa Troksa,Hannah V. Eshelman,Swetha Chandrasekaran,Nicholas Rodriguez,Samantha Ruelas,Eric B. Duoss,James Kelly,Maira R. Cerón,Patrick G. Campbell
出处
期刊:Materials & Design [Elsevier BV]
卷期号:198: 109337-109337 被引量:32
标识
DOI:10.1016/j.matdes.2020.109337
摘要

Porous ceramic materials have a wide range of potential applications for which controlling the structure across multiple length scales is desirable. Additive manufacturing (AM) of porous ceramics is therefore of interest for design flexibility. Here, a ceramic ink compatible with 2 AM techniques, projection microstereolithography (PμSL) and direct ink write (DIW), was formulated and demonstrated printed parts with a range of controllable feature sizes as well as nanoporosity resulting from partial sintering. A diacrylate polymer was mixed with 3% yttria partially stabilized zirconia (3YZ) ceramic nanoparticles having different sizes and solids loadings to find formulations that meet the printing requirements of both AM techniques. Detailed rheological studies were used to determine optimal ink formulations to use for either printing method. The resulting 3YZ structures printed with DIW and PμSL have engineered macro cavities with span lengths greater than several millimeters, wall thicknesses of 200 to 540 μm, and porosity within the wall structure on the order of 100 nm. This study revealed that through facile composition changes to the 3YZ ink, it was feasible to use the same ink base for multiple AM techniques without the need for separate cumbersome ink development processes.

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