Elaboración y evaluación de tinta cerámica empleando residuos de ladrillos refractarios provenientes del sector siderúrgico y arcilla de caolín para impresión direct ink writing (DIW)

Abstract

RESUMEN : Este trabajo evaluó el uso de residuos refractarios y arcilla caolín como materia prima en el diseño de una suspensión cerámica para la fabricación de piezas a través del proceso de manufactura aditiva (MA) utilizando el método de impresión 3D, el conocido en inglés como Direct Ink Writing (DIW), brindando de manera novedosa un aprovechamiento y una funcionalidad a este residuo refractario; se estudiaron diferentes formulaciones variando el contenido de residuo refractario, arcilla caolín, plastificante y agua. Se evaluaron las propiedades reológicas de la pasta con el fin de medir la capacidad de impresión de dicha tinta, encontrando un comportamiento reológico de un fluido pseudoplástico, es decir, presentó una disminución en la viscosidad a medida que aumenta la taza de cizalla, permitiéndole a la tinta ser impresa a través del método (DIW). Posteriormente se realizaron impresiones con diferentes geometrías para verificar la calidad de impresión y si mantenían su estructura dimensional en verde. Se realizó un tratamiento térmico de sinterización a las piezas fabricadas, con el objetivo de densificar y promover las transformaciones de fases en el material, mostrando un incremento de la fase mullita con respecto al material de partida; finalmente se realizaron diferentes ensayos como: FRX, MEB, DRX, contracción, absorción de agua, porosidad aparente, densidad relativa aparente, densidad aparente y prueba estándar para equivalente de cono pirométrico (ECP); permitiendo caracterizar e identificar las fases y propiedades del material, encontrando de esta manera una posible aplicabilidad en base a los diferentes resultados obtenidos.

ABSTRACT : This study aimed to assess the utilization of refractory waste and kaolin clay as raw materials in the development of a ceramic slurry for additive manufacturing (AM) through the Direct Ink Writing (DIW) 3D printing method. The objective was to explore a novel application for this waste material. Different formulations were examined, varying the proportions of refractory waste, kaolin clay, plasticizer and water. The rheological properties of the paste were evaluated to determine the printability of the ink. The ink exhibited a pseudoplastic fluid behavior, with fluidity indexes (n) below 1, enabling successful printing using the DIW method. Subsequently, prints with different geometries were produced to verify the printing quality and if these maintained their dimensional structure of dry ceramic bodies. A sintering heat treatment was performed on the manufactured parts, with the aim of densifying and promoting phase transformations in the material, showing an increase in the mullite phase with respect to the starting material. Finally, various tests was carried out to the prints, such as: XRF, SEM, XRD, Shrinkage, Water absorption, apparent porosity, apparent relative density, apparent density and standard test for pyrometric cone equivalent (PCE). These tests facilitated the characterization and identification the phases and properties of the material, thus finding of potential applications for the new material based on the obtained results.