مدلسازی سرامیک

قالب سازی و مدلسازی سرامیک

امروزه سرامیک ها اعتبار خوبی در دنیا دارند. اگرچه اکنون می توان آنها را با تکنیک های مدرن و حتی پرینترهای سه بعدی سرامیکی تولید کرد ، اما هنوز هم با همان کیفیت و ظرافت سرامیک های دست ساز و قدیمی ساخته می شوند. بنابراین بسیاری از مردم هنوز هم در عیدها و مناسب های خاص ظروف سرامیکی خود را بیرون می کشند. قالب سازی یکی از روش های متداول ساخت سرامیک است و معمولا تهیه قالب تاثیر گذارترین و مهمترین مرحله تولید یک محصول با تعداد بالاست.

برای تهیه قالب های مادر( قالبگیری ) ، اول باید یک مدل سه بعدی تهیه کرد. مدل های سه بعدی را میتوان در نرم افزار های طراحی مهندسی مانند solidworks طراحی کرد، در صورتی که یک نمونه از محصول مورد نظر موجود باشد میتوان به کمک اسکن سه بعدی مدل سه بعدی را تهیه نمود.

قالبگیری

این مدل ها با پرینتر سه بعدی پرینت میشوند تا قالب هایی از جنس پلی امید تهیه شود. این قالب ها مشابه فرم های نهایی خواهد بود بنابر این میتوان قبل از شروع کار با سرامیک فرم نهایی را به صورت زنده مشاهده کرد و در صورت لزوم ایراد های طراحی را بر طرف نمود که این امر باعث صرفه جویی در هزینه و زمان فرایند می شود. در مرحله بعد، این قالب ها برای ساخت قالب های گچی استفاده خواهند شد.

برای ساخت قالب های خوب، شناخت کافی از سرامیک ها، خواص دوغاب و مرحله جداسازی سرامیک خام از قالب ضروری می باشد. حین طراحی قالب باید به موارد زیر توجه شود:

لبه های تیز
شیب های منفی
محل خط درز قالب ها
انقباض قطعات در زمان پخت
شکل و ضخامت قطعه؛ در ضخامت های زیر ۴ میلیمتر معمولا تشکیل سرامیک به سختی صورت میگیرد و در ضخامت های بالای ۱۰ میلیمتر خشک شدن سرامیک با مشکل مواجه می شود.

سپس سطح داخلی قالب های پرینت شده سنباده میخورد و بهینه می شود تا مطمئن شویم در مرحله بعد قالب های گچی به راحتی جدا خواهند شد. مزیت این روش این است که میتوان چندین قالب گچی تهیه کرد بدون اینکه قالب های مادر خش بردارند یا تغییر شکل دهند. همچنین استفاده از قالب های پرینت شده با پرینتر سه بعدی به این معنی است که قالب های دقیقی برای ساخت قالب های گچی وجود دارد و همچنین زحمت کمی برای تمیز کاری قالب های گچی نیاز است.

سوالات متداول:

سرامیک چیست؟

سرامیک ماده ای غیر معدنی، غیر فلزی، معمولا کریستالی است که مخلوطی از خاک رس، عناصر خاک، پودر و آب هستند که به فرم های دلخواه شکل داده می شوند. بعد از این که سرامیک شکل داده می شود، در یک کوره حرارت داده می شوند تا استحکام لازم را به دست آورند. سرامیک ها معمولا با رنگ های تزئینی و ضد آب یا لعاب پوشانده می شوند.

محصولات سرامیکی سخت، متخلخل، و شکننده هستند و برای ساخت سفال، آجر، کاشی، سیمان و شیشه استفاده می شود. از سرامیک در توربین های گازی، قطعات کامپیوتری و از بیو سرامیک ها در کاشت دندان و استخان های مصنوعی استفاده می شود.

سرامیک ها مقاوت بالایی در برابر سایش، حرارت، فشار و مواد شیمیایی دارند و عایق الکتریکی خوبی هستند.

انواع مختلف سرامیک کدامند؟

سرامیک از یک کلمه یونانی به معنی سفال گرفته شده، اما سفالگری تنها یک بخش از دنیای سرامیک را تشکیل می دهد. امروزه کلمه سرامیک معنای بسیار وسیع تری را شامل میشود: شیشه، سرامیک های پیشرفته، بعضی سیستم های سیمانی و … نیز جزو سرامیک ها محسوب می شوند.

سرامیک ها را به طور کلی میتوان به صورت زیر طبقه بندی کرد:

سرامیک های سنتی_سفال: گل سفالگری ماده ای طبیعی، نرم و قابل انعطاف است که با قرار گرفتن در کوره به طور دائمی سفت می شود. سرامیک های سنتی خود به ۳ دسته تقسیم می شوند:

Earthenware_ این نوع سفال دردمای بین ۱۰۰۰ تا ۱۱۵۰ درجه پخته میشوند. حاصل این فرایند مواد سخت اما شکننده و کمی متخلخل است که برای نگهداری مایعات مناسب نیستند. برای حل این مشکل ظروف را با لعاب پوشانده و دوباره در کوره حرارت می دهند.
Stoneware_ این مواد با فرمولاسیونی متفاوت از Earthenware ساخته شده و در دمای بلاتری (بالای ۱۲۰۰ درجه) پخت می شوند. محصول نهایی با دوام تر و چگال تر از نوع قبل است. همچنین این نوع سرامیک ضد آب بوده و نیازی به لعاب ندارد.
چینی ها_ مواد چینی از رس تصفیه شده ساخته می شوند و در دمای بالا (°C 1200-1450) حرارت میبینند. نتیجه موادی بسیار سخت، براق و معمولا از نظر ظاهری شفاف یا سفید هستند.

سرامیک های پیشرفته_ سرامیک های پیشرفته عموما مبتنی بر خاک رس نیستند، این مواد معمولا از اکسید ها( Al₂O₃ و ZrO₂ )یا غیر اکسید ها (کاربیدها ، بوریدها ، نیتریدها ، سیلیسیدها) یا ترکیبی از هر دو هستند. پس از شکل دهی، سرامیک ها در دمای ۱۶۰۰ الی ۱۸۰۰ درجه سانتی گراد حرارت می بینند، این مرحله معمولا در محیط بدون اکسیژن انجام میشود. محصول نهایی سخت و مقاوم در برابر خوردگی می باشد.

قسمتی از پوسته بیرونی شاتل فظایی از کاشی و سرامیک پوشیده شده. کاشی ها طوری طراحی شده اند که گرمای زیاد هنگام ورود به جو زمین را تحمل کنند

آیا میتوان سرامیک را قالب گیری کرد؟

قالب سازی در سرعت بخشیدن به فرایند باز تولید یک فرم بسیار کارامدند. روش های زیادی برای ساخت مدل های سرامیکی وجود دارد. قالب گیری سرامیک فرایندی ساده است که از دقت خوبی برخوردار است و صافی سطح خوبی به دست می دهد. قالب های سرامیکی میتوانند از گچ، پلاستیک ، چوب، فلز، لاستیک، فوم، سیلیکون و.. ساخته شوند

چگونه به کمک قالب های گچی قطعات سرامیکی تولید کنیم؟

زمانی که بخواهیم از یک فرم چند نمونه مشابه بسازیم، قالب های گچی بسیار کارامدند. گچ ماده ای ارزان و قابل دسترس برای ساخت قالب است که نه تنها امکان باز تولید یک فرم را بارها و بارها فراهم میکند بلکه ساخت فرم های منحصر به فرد را با قیمت پایین تر ممکن می سازد. ساخت قالب های گچی دلخواه خودتان باعث میشود تا شما از تجربه بیشتری برخوردار شوید، از منطقه امن خود خارج شوید و به عنوان یک هنرمند رشد کنید.

در این روش گل رس محلول در آب داخل قالب های گچی ریخته می شود. با جذب آب توسط قالب گچی لایه ای از رس داخل قالب تشکیل می شود که به سرعت خشک می شود. پس از خشک شدن کامل، می توان لایه ی رسی را از داخل قالب جدا کرد.

با این روش کیفیت، چگالی و یکنواختی خوبی را نسبت به سایر روش های دیگر مانند hydraulic casting به دست می دهد، به این علت که غلظت بالاتری از مواد اولیه سرامیکی با مواد افزودنی کمتر استفاده می شود.

طی این فرایند میزان انقباض در فرایند پخت نهایی به حداقل می رسد.

ساخت افزایشی

به جز روش های قالب گیری سرامیک میتوان از تکنیک ساخت افزایشی (پرینت سه بعدی) نیز برای تولید مستقیم سرامیک استفاده کرد

این روش برای ساخت فرم های پیچیده به تعداد کم مناسب می باشد و در موارد تحقیق و توسعه مورد توجه قرار می گیرد. بر خلاف پرینت سه بعدی مواد پلیمری، حوزه کاری پرینت مواد سرامیکی به علت چالش های فرایند بسیار محدود است. تجهیزاتی که به طور معمول برای ساخت افزایشی استفاده می شوند بر اساس پخت لایه به لایه پودر کار می کنند و در اکثر موارد مقرون به صرفه نمیباشند.

با این حال ، دشواری در ماشینکاری قطعات سرامیکی بدان معنی است که تکنیک های ساخت افزایشی می توانند در مواقعی که حجم تولید خیلی کم است مورد استفاده قرار گیرد.