druk 3D, binder jetting, odlewanie precyzyjne, nadstopy, filtry ceramiczne
3D printing, binder jetting, investment casting, superalloys, ceramic filters
Niniejsza rozprawa doktorska koncentruje się na opracowaniu technologii druku 3D metodą Binder Jetting funkcjonalnych ceramicznych filtrów odlewniczych przeznaczonych do odlewania precyzyjnego nadstopów niklu. W pracy przedstawiono właściwości superstopów niklu oraz technologii ich odlewania precyzyjnego. Omówiono kluczowe problemy, takie jak wady odlewnicze oraz rolę filtrów ceramicznych w procesie filtracji ciekłych metali, które odgrywają istotną funkcję w zapewnieniu wysokiej jakości odlewów. Przedstawiono przegląd technik wytwarzania przyrostowego materiałów ceramicznych, ze szczególnym uwzględnieniem metody Binder Jetting, jako innowacyjnego podejścia do projektowania i wytwarzania struktur filtracyjnych. W części eksperymentalnej przeprowadzono analizę m.in. morfologii proszków, rozkładu wielkości cząstek, procesu spiekania (konwencjonalnego i mikrofalowego) oraz właściwości mechanicznych i filtracyjnych wytworzonych elementów. Dobrano również parametry druku 3D, takie jak wysokość warstwy, stopień nasycenia spoiwem oraz geometria struktur filtrujących. Wyniki badań wykazały, że technologia Binder Jetting umożliwia precyzyjną kontrolę parametrów filtrów, takich jak gęstość pozorna, chropowatość powierzchni czy wytrzymałość na ściskanie, co znacząco wpływa na ich efektywność w procesie odlewania. Przeprowadzone testy odlewnicze potwierdziły skuteczność opracowanych filtrów w redukcji wad odlewniczych oraz ich przydatność w zastosowaniach przemysłowych. Opracowana technologia druku 3D filtrów ceramicznych pozwala na precyzyjne dostosowanie ich właściwości do specyficznych wymagań procesu odlewania precyzyjnego. Wnioski z przeprowadzonych badań wskazują na wysoką efektywność filtrów wytwarzanych metodą Binder Jetting oraz ich potencjał do zastosowania w aplikacjach przemysłowych, co stanowi istotny wkład w rozwój nowoczesnych technologii odlewania precyzyjnego.
This doctoral dissertation focuses on the development of 3D printing technology using the Binder Jetting method to fabricate fully functional ceramic casting filters designed for the precision casting of nickel-based superalloys. The study presents an overview of the properties of nickel superalloys and the technologies employed in their precision casting. Key challenges, such as casting defects, and the role of ceramic filters in molten metal filtration—critical for ensuring high-quality castings—are thoroughly discussed. A review of additive manufacturing techniques for ceramic materials is provided, with particular emphasis on Binder Jetting as an innovative approach to designing filtration structures. The experimental section includes analyses of powder morphology, particle size distribution, sintering processes (conventional and microwave), and the mechanical and filtration properties of the manufactured components. Printing parameters, such as layer height, binder saturation, and filtration structure geometry, were optimized. The research findings demonstrate that Binder Jetting technology allows for precise control over filter parameters, such as apparent density, surface roughness, and compressive strength, significantly enhancing their efficiency in casting processes. Casting trials confirmed the effectiveness of the developed filters in reducing casting defects and their applicability in industrial use. The developed 3D printing technology for ceramic filters enables the precise tailoring of their properties to meet the specific requirements of precision casting processes. The conclusions drawn from the research highlight the high efficiency of filters produced by the Binder Jetting method and their potential for industrial applications, representing a significant contribution to the advancement of modern precision casting technologies.
