Additive manufacturing of ceramic materials
| datacite.contributor.RelatedPerson | Δασκαλάκης, Ευάγγελος | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Πασπαράκης, Γεώργιος | |
| datacite.contributor.Supervisor | Δάσιος, Κωνσταντίνος | |
| dc.contributor.author | Λιάπη, Χριστίνα | |
| dc.contributor.other | Liapi, Christina | |
| dc.date.accessioned | 2026-07-09T15:02:21Z | |
| dc.date.available | 2026-07-09T15:02:21Z | |
| dc.date.issued | 2026-07-09 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.abstract | Additive Manufacturing (AM), commonly known as 3D printing, has emerged as one of the fastest-growing manufacturing technologies of recent decades. Unlike conventional manufacturing methods, which rely on material removal or complex tooling processes, additive manufacturing builds compo-nents layer by layer directly from digital models. The ability to fabricate geometrically complex struc-tures with high precision, reduced material waste and increased design freedom has led to the wide-spread adoption of AM in fields such as aerospace, biomedical engineering, electronics and advanced manufacturing. Interest has been focused on the additive manufacturing of ceramic materials, which are character-ized by high hardness, excellent thermal and chemical stability and outstanding wear resistance. De-spite these advantages, the brittle nature of ceramics and demanding thermal treatment processes required for their densification make ceramic 3D printing particularly challenging. Among the available additive manufacturing technologies, Digital Light Processing (DLP) has emerged as one of the most promising approaches for producing highly accurate ceramic components through the photopolymeri-zation of ceramic-filled resins. The present thesis focuses on the development, processing and characterization of an alumina-based photocurable ceramic slurry suitable for DLP 3D printing. Initially, the fundamental principles of additive manufacturing, the major 3D printing technologies, the properties of ceramic materials and the challenges associated with ceramic additive manufacturing are presented. Emphasis is given to the op-erating principles of DLP technology, the photopolymerization process, ceramic slurry formulation and the parameters affecting its rheological behavior and printability. For the preparation of the ceramic slurry, commercially α-alumina powder was used as the ceramic phase, combined with photocurable resins, a dispersing agent and a photoinitiator. Homogenization was achieved through ball milling process, while the rheological behavior of the slurry was evaluated using a rotational rheometer. Subsequently, samples were fabricated using a DLP ceramic 3D printer, and the printing parameters were optimized to achieve successful and repeatable printing. The raw materials and printed samples were characterized using Raman spectroscopy, X-ray diffrac-tion (XRD), optical microscopy and thermal conductivity measurements. In addition, the influence of the sintering process on the printed samples was investigated, with particular attention given to di-mensional changes, morphology and physical characteristics. The results demonstrated that the ball milling process significantly improved the homogeneity of the ceramic slurry, while viscosity measurements confirmed suitable flow behavior for DLP printing applications. Successful fabrication of printed samples and optimal printing parameters investigation was achieved. Raman and XRD analyses confirmed the presence of α-alumina in the printed samples, whereas thermal conductivity measurements provided valuable information regarding the thermal per-formance of the fabricated structures. Overall, this work highlights the potential of DLP technology for the fabrication of alumina-based ce-ramic components and contributes to a better understanding of the parameters governing ceramic slurry preparation, printing performance and thermal processing. The findings provide a useful founda-tion for further research and optimization of ceramic additive manufacturing processes for advanced industrial and technological applications. | |
| dc.description.translatedabstract | Η προσθετική κατασκευή, ευρύτερα γνωστή ως τρισδιάστατη εκτύπωση, αποτελεί μια από τις πλέον ταχέως αναπτυσσόμενες τεχνολογίες παραγωγής των τελευταίων δεκαετιών. Σε αντίθεση με τις συμβατικές μεθόδους κατεργασίας, οι οποίες βασίζονται στην αφαίρεση υλικού ή στη χρήση πολύ-πλοκων καλουπιών, η προσθετική κατασκευή δημιουργεί αντικείμενα στρώση προς στρώση απευ-θείας από ψηφιακά μοντέλα. Η δυνατότητα παραγωγής γεωμετρικά πολύπλοκων εξαρτημάτων με υψηλή ακρίβεια, μειωμένη κατανάλωση υλικού και αυξημένη σχεδιαστική ελευθερία έχει οδηγήσει στην ευρεία εφαρμογή της τεχνολογίας σε τομείς όπως η αεροδιαστημική, η βιοϊατρική μηχανική, η ηλεκτρονική και η προηγμένη βιομηχανική παραγωγή. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η εφαρμογή της προσθετικής κατασκευής σε κεραμικά υλικά, τα οποία χαρακτηρίζονται από υψηλή σκληρότητα, εξαιρετική θερμική και χημική αντοχή, καθώς και μεγάλη αντοχή σε φθορά. Παρά τα πλεονεκτήματά τους, η εύθραυστη φύση των κεραμικών και οι απαιτήσεις των διεργασιών θερμικής κατεργασίας καθιστούν την τρισδιάστατη εκτύπωσή τους ιδιαί-τερα απαιτητική. Μεταξύ των διαθέσιμων τεχνολογιών, η μέθοδος Digital Light Processing (DLP) έχει αναδειχθεί ως μια από τις πλέον υποσχόμενες προσεγγίσεις για την κατασκευή κεραμικών εξαρτημά-των υψηλής ακριβείας, αξιοποιώντας φωτοπολυμεριζόμενο πολτό που περιέχει κεραμικά σωματίδια. Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στην ανάπτυξη, επεξεργασία και χαρακτηρισμό ενός φωτοπολυμεριζόμενου κεραμικού πολτού αλουμίνας για εφαρμογή σε τρισδιάστατη εκτύπωση μέσω τεχνολογίας DLP. Αρχικά παρουσιάζονται οι βασικές αρχές της προσθετικής κατασκευής, οι κυ-ριότερες τεχνολογίες τρισδιάστατης εκτύπωσης, τα χαρακτηριστικά των κεραμικών υλικών, καθώς και οι προκλήσεις που σχετίζονται με την εκτύπωση και τη μετέπειτα θερμική κατεργασία των κεραμικών δομών. Στην συνέχεια, αναλύονται οι αρχές λειτουργίας της τεχνολογίας DLP, η διαδικασία φωτοπο-λυμερισμού, ο σχεδιασμός του κεραμικού πολτού και οι παράμετροι που επηρεάζουν την ρεολογική του συμπεριφορά. Για την παρασκευή του πολτού χρησιμοποιήθηκε εμπορική α-αλουμίνα ως κεραμική φάση, σε συνδυασμό με φωτοπολυμεριζόμενες ρητίνες, διασκορπιστικό παράγοντα και φωτοεκκινητή. Η ομο-γενοποίηση πραγματοποιήθηκε μέσω σφαιρόμυλου (ball milling), ενώ η ρεολογική συμπεριφορά του πολτού αξιολογήθηκε με περιστροφικό ρεόμετρο. Ακολούθησε η τρισδιάστατη εκτύπωση δοκιμίων με χρήση εκτυπωτή DLP και η βελτιστοποίηση των παραμέτρων εκτύπωσης ώστε να επιτευχθεί επι-τυχής και επαναλήψιμη κατασκευή των δοκιμίων. Ο χαρακτηρισμός των πρώτων υλών και των εκτυπωμένων δοκιμίων πραγματοποιήθηκε με χρήση φασματοσκοπίας Raman, περίθλασης ακτίνων Χ (XRD), οπτικής μικροσκοπίας και μετρήσεων θερμι-κής αγωγιμότητας. Παράλληλα, μελετήθηκε η επίδραση της θερμικής κατεργασίας (sintering) στα εκτυπωμένα δοκίμια, καθώς και οι μεταβολές στις διαστάσεις, τη μορφολογία και τα φυσικά χαρα-κτηριστικά τους. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η διαδικασία ball milling συνέβαλε στην βελτίωση της ομοιογένειας του πολτού, ενώ οι ρεολογικές μετρήσεις για τον υπολογισμό του ιξώδους επιβεβαίωσαν κατάλληλη συμπεριφορά για εφαρμογή στην τεχνολογία DLΡ. Επιπλέον, κατέστη δυνατή η επιτυχής παραγωγή δοκιμίων με ικανοποιητική μορφολογική σταθερότητα και η εύρεση των βέλτιστων παραμέτρων ε-κτύπωσης. Οι αναλύσεις Raman και XRD επιβεβαίωσαν την παρουσία της α-αλουμίνας στα εκτυπω-μένα δείγματα, ενώ οι μετρήσεις θερμικής αγωγιμότητας παρείχαν χρήσιμες πληροφορίες σχετικά με τις θερμικές ιδιότητες των παραγόμενων δομών. Συνολικά η εργασία αναδεικνύει τη δυναμική της τεχνολογίας DLP στην κατασκευή κεραμικών υ-λικών από αλουμίνα και συμβάλλει στην καλύτερη κατανόηση των παραμέτρων που επηρεάζουν την παρασκευή του πολτού, τη διαδικασία εκτύπωσης και τη θερμική κατεργασία. Τα αποτελέσματα μπορούν να αποτελέσουν βάση για περαιτέρω έρευνα και βελτιστοποίηση της προσθετικής κατα-σκευής κεραμικών υλικών για προηγμένες βιομηχανικές και τεχνολογικές εφαρμογές. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/32460 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.subject | Ceramics | |
| dc.subject | 3d printing | |
| dc.subject | Digital light processing (DLP) | |
| dc.subject.alternative | Κεραμικά υλικά | |
| dc.subject.alternative | Τρισδιάστατη εκτύπωση | |
| dc.subject.alternative | Προσθετική κατασκευή | |
| dc.title | Additive manufacturing of ceramic materials | |
| dc.title.alternative | Προσθετική κατασκευή κεραμικών υλικών |