Estudo e modificación de porcelanas para impresión 3D

Abstract

[Resumo]: A impresión en tres dimensións ou impresión 3D é un grupo tecnoloxías de fabricación moi importante na actualidade, que se emprega nunha gran variedade de campos, por exemplo, medicina, deseño industrial, arquitectura e arte. Isto ocorre grazas os avances realizados no coñecemento da relación estrutura-propiedades dos materiais. A día de hoxe existen multitude de técnicas de Impresión 3D adaptadas a case todo tipo de materiais (polímeros, cerámicas, metais e materiais compostos). Neste Traballo de Fin de Grao realizouse unha caracterización estrutural e estudo de propiedades reolóxicas de pastas de porcelanas co obxectivo de atopar unha composición axeitada para lograr unha óptima impresión 3D. Para elo, realizouse unha caracterización estrutural e morfolóxica das porcelanas obxecto de estudo mediante diferentes técnicas: Difracción de Raios X (DRX), Análise Termogravimétrico (ATG), Espectroscopía Infravermella (IR)e Microscopía Electrónica de Varrido (MEV) e de Transmisión (MET). Tamén se realizou estudo reolóxico das pastas de porcelana (mesturas de po de porcelana e auga) para coñecer a variación da súa viscosidade respecto á velocidade de cizalla en función de distintos parámetros como: a cantidade de auga engadida á mostra e o tempo transcorrido entre a súa preparación e o ensaio reolóxico. Unha vez determinadas as mellores condicións para unha mestura porcelana-auga, estudouse o efecto da adición de dous modificadores (en concreto, silicato sódico e etanol) sobre as propiedades reolóxicas coa finalidade de mellorar a impresión 3D das porcelanas. Coas diferentes pastas de porcelana realizáronse unha serie de ensaios de impresión 3D mediante unha impresora con sistema de extrusión. Isto realizouse para comprobar a viabilidade da impresión das mesturas estudadas reolóxicamente. Estes ensaios indicaron que unha mestura de porcelana-auga-etanol resultou ser a máis axeitada para a impresión 3D das pastas cerámicas estudadas.

[Resumen]: La impresión en tres dimensiones o impresión 3D es un grupo de tecnologías de fabricación muy importante en la actualidad que se emplea en una gran variedad de campos, por ejemplo, medicina, diseño industrial, arquitectura y arte. Esto ocurre gracias a los avances realizados en el conocimiento de la relación estructurapropiedades de los materiales. A día de hoy existen multitud de técnicas de Impresión 3D adaptadas a casi todo tipo de materiales (polímeros, cerámicas, metales y materiales compuestos). En este Trabajo de Fin de Grado se realizó una caracterización estructural y estudio de propiedades reológicas de pastas de porcelanas con el objetivo de encontrar una composición adecuada para lograr una óptima Impresión 3D. Para ello, se realizó una caracterización estructural y morfológica de las porcelanas objeto de estudio mediante diferentes técnicas: Difracción de Rayos X (DRX), Análisis Termogravimétrico (ATG), Espectroscopía Infraroja (IR) y Microscopía Electrónica de Barrido (MEB) y de Transmisión (MET). También se realizó un estudio reológico de las pastas de porcelana (mezclas de porcelana y agua) para conocer la variación de su viscosidad respecto a la velocidad de cizalla en función de distintos parámetros como: la cantidad de agua añadida a la muestra, el tiempo transcurrido entre su preparación y el ensayo reológico. Una vez determinadas las mejores condiciones para una mezcla porcelana-agua, se estudió el efecto de la adición de dos modificadores (en concreto silicato sódico y etanol) con la finalidad de mejorar la impresión 3D de las porcelanas. Con las diferentes pastas de porcelana se realizaron una serie de ensayos de impresión 3D mediante una impresora con sistema de extrusión. Esto se realizó para comprobar la viabilidad de la impresión de las mezclas estudiadas reológicamente. Estos ensayos pusieron de manifiesto que una mezcla de porcelana agua-etanol resultó ser la más adecuada para la impresión 3D de las pastas cerámicas estudiadas.

[Abstract]: Three-dimensional printing or 3D printing is a very important set of techniques which is used nowdays in a wide variety of fields, for example, medicine, industrial design, architecture and art. This occurs thanks to the advances made in the knowledge of the structure-porcelain relationship. There are many 3D Printing techniques adapted to almost all types of materials (polymers, ceramics, metals and composite materials). In this Degree’s Final Project, a structural characterization and study of the rheological properties of several porcelain pastes was carried out in order to find a suitable composition to achieve optimal 3D printing. For this, the structural and morphological characterization was carried out using different techniques: X-ray diffraction (XRD), Thermogravimetric Analysis (TGA), Infrared Spectroscopy (IR) and Scanning Electron Microscopy (SEM) and Transmission Electron Microscopy (TEM). A rheological study of the porcelain pastes (mixtures of porcelain and water) was also carried out to determine the variation of its viscosity with respect to the shear rate based on different parameters such as: the amount of water added to the sample, the time elapsed between its preparation and the test rheological Once the best conditions for a porcelain-water mixture were determined, the effect of the addition of two modifying agents (sodium silicate and ethanol) was studied in order to improve the 3D printing of the porcelains. A series of 3D printing tests were carried out with different porcelain pastes, using a printer with an extrusion system This was done to check the feasibility of printing the mixtures studied rheologically. These tests indicated that a mixture of porcelain-waterethanol was the most suitable for 3D printing of our ceramic pastes.