Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Mar 2021)
The effect of rod orientation on the strength of highly porous filament printed 3D SiC ceramic architectures
Abstract
The present work explores the strength enhancement via minor modifications of the pattern design in pure light SiC woodpile structures created by filament printing. In particular, the effect of the filament stacking angle on both the compression resistance and the elastic modulus of these structures are evaluated. Different patterns were designed while maintaining the bulk structure density, therefore the differences in the mechanical data (strength and elastic modulus) are not attributable to density variations. All of these materials were partially sintered at intermediate temperature for additional porosity enhancement. Moreover, SiC specimens made by full filament overlapping were produced to serve as reference massive material. Remarkably, the massive SiC printed material displays ordered spherical porosity and a closed-pore foam appearance, thus revealing a novel route for producing these type of porosity. Results evidence that the structure robustness can be tuned through slight design modification, which thus offers the possibility of further structure lightening without reducing the target strength. Resumen: El presente trabajo explora la mejora de la resistencia mecánica de estructuras ligeras formadas por apilamiento de rodillos de SiC puro, procesadas por impresión directa de tinta, a través de modificaciones menores del patrón de diseño. En particular, se evalúa el efecto del ángulo de apilamiento de los filamentos sobre la resistencia a la compresión y el módulo elástico de estas estructuras. Los diferentes patrones fueron diseñados manteniendo similares densidades aparentes de las estructuras, por lo tanto, las diferencias observadas en los resultados mecánicos (resistencia y módulo elástico) no son atribuibles a variaciones de densidad. Todas las estructuras se sinterizaron parcialmente para mantener una elevada porosidad. Además, se produjeron muestras de SiC macizas creadas por la superposición de filamentos utilizadas como material masivo de referencia. Curiosamente, este material muestra una porosidad esférica y ordenada, y presenta la apariencia típica de esponjas con porosidad cerrada, mostrando en consecuencia una ruta alternativa para la fabricación de este tipo de materiales celulares. Dado que la robustez de estructuras 3D se puede maximizar a través de una ligera modificación del diseño, esto permitiría alternativamente aligerar aún más las estructuras sin perjudicar su resistencia.
