Publication

Additive manufacturing of ceramics by two-photon lithography, volumetric 3D printing and high-resolution endo-printing.

Georgia Konstantinou
2022
Thèse EPFL
Résumé

Additive manufacturing is a growing sector of industrial production that allows the fabrication of parts with complex geometries and reduced waste. The context of this thesis is light-based additive manufacturing technologies. In the first part of the thesis, we explore the micro-fabrication of a highly viscous, preceramic resin with a commercially available two-photon 3D-printer. The micro-additive manufacturing of ceramics with a preceramic polymer formulation was successfully achieved. We report on the printing parameters of the preceramic polymer and pyrolysis conditions that ensured a ceramic conversion with minimum deformation and shrinkage without cracks and porosity. In the second part of the thesis, a complete set-up of a fiber endo-printer is presented that yields smooth objects with submicrometer lateral resolution. We introduce a transmission matrix method for scanning and tuning the size of the focused spot and adjust the fabrication speed. We include an exposure dose correction, which significantly improves the surface quality of the print. In the third part of the thesis, we explore centimeter scale fabrication of a preceramic resin formulation with a volumetric tomographic printing technology that allows to produce support-free, complex shapes, more challenging to produce with a conventional layer-by-layer printing technology. We report on the details of the pre-processing and post-processing steps, including formulation protocol, printing parameters and pyrolysis step that produces a high-fidelity ceramic object.

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Impression 3D
alt=Une grenouille en plastique bleue est en cours de construction par une imprimante 3D|vignette|Objet imprimé en 3D par une Ultimaker 2 Go vignette|Imprimante 3D dans un fab lab béninois.L'impression 3D ou fabrication additive regroupe les procédés de fabrication permettant de créer des pièces en volume par ajout de matière en couches successives. Elle s'oppose à la fabrication soustractive. Cette famille de procédés a commencé à se développer au début des années 1980 avec pour objectif principal de faciliter le prototypage rapide, puisque le coût de production est pratiquement indépendant de la quantité produite.
Déchet
Un déchet est un objet en fin de vie ou une substance ayant subi une altération physique ou chimique, qui ne présente alors plus d'utilité ou est destiné à l'élimination. Le mot vient de l'ancien français déchiet ou déchié, soit « la quantité perdue dans l'usage d'un produit », ce qui en reste après son utilisation. Le déchet est de plus en plus considéré, au début du , comme un héritage problématique de la révolution industrielle et de l'urbanisation.
Pyrolyse
La pyrolyse, ou thermolyse, est la décomposition chimique d'un composé organique par une augmentation importante de sa température pour obtenir d'autres produits (gaz et matière) qu'il ne contenait pas. L'opération est réalisée en l'absence d'oxygène ou en atmosphère pauvre en oxygène pour éviter l'oxydation et la combustion (l’opération ne produit donc pas de flamme). Il s'agit du premier stade de transformation thermique après la déshydratation. Elle permet généralement d'obtenir un solide carboné, une huile et un gaz.
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